Os astrônomos detectaram a maior erupção já vista em erupção em torno de um buraco negro, que também é a erupção mais distante deste tipo já detectada.
Descoberto usando o Zwicky Transient Facility (ZTF), o sinalizador irrompeu do buraco negro supermassivo no coração de um Núcleo Galáctico Ativo (AGN) designado J2245+3743 e localizado no centro de uma galáxia a 10 bilhões de anos-luz de distância de Terra. AGNs são regiões centrais de galáxias que são dominadas pela alimentação, ou “acreção”, de buracos negros supermassivos.
O buraco negro supermassivo em J2245+3743 alimenta-se do gás e da poeira circundante que giram à sua volta numa forma de nuvem achatada chamada disco de acreção, mas esta explosão é na verdade o resultado de outra coisa: uma estrela invulgarmente massiva aventurando-se demasiado perto do buraco negro que tem uma massa 500 milhões de vezes maior que a do Sol). A tremenda influência gravitacional do buraco negro está a destruir a estrela e os seus restos estelares estão a ser alimentados a este titã cósmico – uma ocorrência que os cientistas chamam de evento de perturbação de marés, ou TDE.
“Isso é diferente de qualquer AGN que já vimos”, disse Matthew Graham, líder da equipe do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) e cientista da ZTF, em um comunicado. “A energia mostra que este objeto está muito distante e é muito brilhante.”
A erupção foi detectada pela primeira vez em 2018 pela ZTF, com astrônomos observando enquanto ela aumentava de brilho por um fator de 40 ao longo de alguns meses. No seu pico, a erupção foi 30 vezes mais brilhante do que qualquer erupção anterior de buraco negro, emitindo tanta energia como 10 biliões de sóis. O TDE anterior mais poderoso foi o evento apelidado de “Barbie Assustadora”, que vem de sua designação oficial ZTF20abrbeie.
“Se você converter todo o nosso Sol em energia, usando a famosa fórmula de Albert Einstein E = mc ^ 2, essa é a quantidade de energia que vem saindo desta explosão desde que começamos a observá-la”, disse KE Saavik Ford, membro da equipe e pesquisador do Centro de Pós-Graduação da City University of New York (CUNY), no comunicado.
Esta explosão de buraco negro continua a desaparecer, o que indica aos investigadores que ainda está a engolir a infeliz estrela que se aventurou demasiado perto dele, que se estima ter tido uma massa inicial de 30 vezes a do Sol (para comparação, pensa-se que a estrela que está a ser devorada no evento da Barbie Assustadora tem apenas três a 10 vezes a massa do Sol).
Como diz Graham, a natureza contínua da erupção em J2245+3743 é semelhante a “um peixe apenas a meio caminho da garganta da baleia”.
Ajudando a equipe a continuar a estudar esta explosão está o fato de que a gravidade em torno dos buracos negros supermassivos é tão grande que o próprio tempo corre mais devagar à medida que nos aproximamos do limite externo de retenção de luz, ou “horizonte de eventos”.
“É um fenômeno chamado dilatação do tempo cosmológico devido ao alongamento do espaço e do tempo. À medida que a luz viaja através do espaço em expansão para chegar até nós, seu comprimento de onda se estende, assim como o próprio tempo”, disse Graham. “Sete anos aqui são dois anos ali. Estamos assistindo o evento se desenrolar a um quarto da velocidade.”
Este efeito de dilatação do tempo é exactamente o motivo pelo qual inquéritos de longo prazo como o realizado pela ZTF são tão úteis.
A explosão J2245+3743 é de interesse científico por outro motivo. Os astrónomos detectaram cerca de 100 TDEs até agora, e a maioria não ocorreu num AGN. Isto pode acontecer porque a atividade natural dos buracos negros supermassivos e as emissões provenientes do disco de acreção que os rodeia podem camuflar os TDEs. Isso torna os TDEs em torno de buracos negros que já se alimentam mais difíceis de detectar do que aqueles que envolvem buracos negros supermassivos silenciosos e sem alimentação. Mas o enorme tamanho do J2245+3743 o tornou mais visível do que a maioria dos TDEs baseados em AGN.
Mesmo assim, esta explosão de buraco negro não se apresentou imediatamente como algo especial para a equipe. Só em 2023, cinco anos depois de ter sido inicialmente avistado, é que os dados do Observatório WM Keck, no Havai, revelaram a natureza extremamente energética desta erupção.
No início, também foi importante estabelecer que este objeto extremo era verdadeiramente brilhante e com energia escapando em todas as direções, e não apenas direcionada diretamente para a Terra. A equipe descartou essa possibilidade usando dados do Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) aposentado da NASA.
A equipe também descartou uma enorme explosão de supernova como a causa desta erupção, confirmando assim que esta é a erupção de buraco negro mais brilhante já detectada e indicando que representa um TDE envolvendo uma estrela excepcionalmente massiva.
“As supernovas não são suficientemente brilhantes para explicar isto. Estrelas com esta massa são raras, mas pensamos que as estrelas dentro do disco de um AGN podem crescer,” disse Ford. “A matéria do disco é despejada nas estrelas, fazendo-as crescer em massa.”
A descoberta desta poderosa explosão indica que tais eventos podem estar a ocorrer em todo o cosmos, apenas à espera de serem descobertos. A equipe continuará a percorrer a ZTF em busca de eventos semelhantes enquanto aguarda dados do Observatório Vera C. Rubin, que também poderá encontrar TDEs normalmente poderosos.
“Nunca teríamos encontrado este evento raro se não fosse pela ZTF”, concluiu Graham. “Há sete anos que observamos o céu com a ZTF, por isso, quando vemos algo brilhar ou mudar, podemos ver o que fez no passado e como irá evoluir.”
A pesquisa da equipe foi publicada na terça-feira (4 de novembro) na revista Nature Astronomy.
