Embora saibamos que buracos negros supermassivos (milhões de vezes a massa do nosso Sol) espreitam no centro da maioria das galáxias, sua própria natureza os torna difíceis de detectar e estudar. Em contraste com a ideia popular de buracos negros constantemente "devorando" matéria, esses monstros gravitacionais podem passar longos períodos em uma fase dormente e inativa.

Isso foi verdade para o buraco negro no coração de SDSS1335+0728, uma galáxia distante e comum a 300 milhões de anos-luz de distância, na constelação de Virgem. Após décadas inativa, ela subitamente se iluminou e recentemente começou a produzir flashes de raios X sem precedentes.

Os primeiros sinais de atividade surgiram no final de 2019, quando a galáxia começou a brilhar intensamente de forma inesperada, atraindo a atenção dos astrônomos. Após estudá-la por vários anos, eles concluíram que as mudanças incomuns observadas eram provavelmente o resultado de uma "ligação" repentina do buraco negro — entrando em uma fase ativa. A região central, brilhante e compacta da galáxia é agora classificada como um núcleo galáctico ativo, apelidado de "Ansky".

"Quando vimos Ansky se iluminar pela primeira vez em imagens ópticas, iniciamos observações de acompanhamento usando o telescópio espacial de raios X Swift da NASA e verificamos dados arquivados do telescópio de raios X eROSITA, mas na época não vimos nenhuma evidência de emissões de raios X", diz Paula Sánchez Sáez, pesquisadora do Observatório Europeu do Sul, na Alemanha, e líder da equipe que primeiro explorou a ativação do buraco negro.

Então, em fevereiro de 2024, uma equipe liderada por Lorena Hernández-García, pesquisadora da Universidade de Valparaíso, no Chile, começou a ver rajadas de raios X de Ansky em intervalos quase regulares.

O trabalho foi publicado na Nature Astronomy .

"Este evento raro oferece aos astrônomos a oportunidade de observar o comportamento de um buraco negro em tempo real, usando os telescópios espaciais de raios X XMM-Newton e os telescópios NICER, Chandra e Swift da NASA. Este fenômeno é conhecido como erupção quase periódica, ou QPE. QPEs são eventos de erupções de curta duração. E esta é a primeira vez que observamos um evento como este em um buraco negro que parece estar despertando", explica Lorena.

O primeiro episódio de QPE foi descoberto em 2019 e, desde então, detectamos apenas alguns outros. Ainda não entendemos o que os causa. Estudar Ansky nos ajudará a entender melhor os buracos negros e como eles evoluem.

O XMM-Newton desempenhou um papel fundamental em nosso estudo. É o único telescópio de raios X sensível o suficiente para detectar a luz de fundo de raios X mais fraca entre as explosões. Com o XMM-Newton, pudemos medir o quão fraca Ansky se torna, o que nos permitiu calcular quanta energia Ansky libera quando acende e começa a piscar.

A gravidade de um buraco negro captura matéria que se aproxima demais e pode destruí-la. A matéria de uma estrela capturada, por exemplo, seria espalhada em um disco quente, brilhante e de rotação rápida, chamado disco de acreção . A ideia atual é que as QPEs são causadas por um objeto (que pode ser uma estrela ou um pequeno buraco negro) interagindo com esse disco de acreção, e elas têm sido associadas à destruição de uma estrela. Mas não há evidências de que Ansky tenha destruído uma estrela.

As características extraordinárias das explosões recorrentes de Ansky levaram a equipe de pesquisa a considerar outras possibilidades. O disco de acreção poderia ser formado por gás capturado pelo buraco negro de sua vizinhança, e não por uma estrela desintegrada. Nesse cenário, as erupções de raios X seriam provenientes de choques altamente energéticos no disco, provocados por um pequeno objeto celeste que viajava através do material em órbita e o desintegrava repetidamente.

"As explosões de raios X de Ansky são 10 vezes mais longas e 10 vezes mais luminosas do que as que vemos em um QPE típico", diz Joheen Chakraborty, membro da equipe e estudante de doutorado no Instituto de Tecnologia de Massachusetts, EUA.

Cada uma dessas erupções libera cem vezes mais energia do que já vimos em outros lugares. As erupções de Ansky também apresentam a maior cadência já observada, de cerca de 4,5 dias. Isso leva nossos modelos ao limite e desafia nossas ideias existentes sobre como esses flashes de raios X são gerados.

Poder observar a evolução de Ansky em tempo real é uma oportunidade sem precedentes para os astrônomos aprenderem mais sobre buracos negros e os eventos energéticos que eles geram.

"Para QPEs, ainda estamos no ponto em que temos mais modelos do que dados, e precisamos de mais observações para entender o que está acontecendo", diz o pesquisador da ESA e astrônomo de raios X, Erwan Quintin.

"Pensávamos que os QPEs eram o resultado de pequenos objetos celestes capturados por outros muito maiores e que desciam em espiral em direção a eles. As erupções de Ansky parecem nos contar uma história diferente. Essas explosões repetitivas também estão provavelmente associadas a ondas gravitacionais que a futura missão LISA da ESA poderá capturar."

"É crucial ter essas observações de raios X que complementarão os dados das ondas gravitacionais e nos ajudarão a resolver o comportamento intrigante de buracos negros massivos."

Fornecido pela Agência Espacial Europeia