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Isto éo que parece quando um buraco negro aperta uma estrela
Este buraco negro éde um tipo especa­fico - um buraco negro de massa intermedia¡ria - que hámuito tempo escapou a  observaa§a£o.
Por Daniel Stolte - 17/09/2021


Esta ilustração mostra um fluxo brilhante de material de uma estrela, despedaa§ado enquanto era devorado por um buraco negro supermassivo. O buraco negro que se alimenta écercado por um anel de poeira, assim como o prato de uma criana§a écercado por migalhas após uma refeição. Crédito: NASA / JPL-Caltech

Embora os buracos negros e as criana§as pequenas não parea§am ter muito em comum, eles são notavelmente semelhantes em um aspecto: ambos comem baguna§a, gerando ampla evidência de que uma refeição aconteceu.

Mas enquanto um pode deixar para trás excrementos de massa ou respingos de iogurte, o outro cria um rescaldo de proporções alucinantes. Quando um buraco negro engole uma estrela, ele produz o que os astrônomos chamam de "evento de interrupção da maranã". A destruição da infeliz estrela éacompanhada por uma explosão de radiação que pode ofuscar a luz combinada de todas as estrelas na gala¡xia hospedeira do buraco negro por meses, atéanos.

Em um artigo publicado no The Astrophysical Journal , uma equipe de astrônomos liderada por Sixiang Wen, um pa³s-doutorado associado do Observatório Steward da Universidade do Arizona, usa os raios-X emitidos por um evento de interrupção de maréconhecido como J2150 para fazer as primeiras medições de massa e rotação do buraco negro. Este buraco negro éde um tipo especa­fico - um buraco negro de massa intermedia¡ria - que hámuito tempo escapou a  observação.

"O fato de que fomos capazes de capturar este buraco negro enquanto ele estava devorando uma estrela oferece uma oportunidade nota¡vel de observar o que de outra forma seria invisível", disse Ann Zabludoff, professora de astronomia do UArizona e coautora do artigo. "Além disso, ao analisar a erupção fomos capazes de entender melhor essa categoria indescrita­vel de buracos negros, que pode muito bem ser responsável pela maioria dos buracos negros no centro das gala¡xias."

Ao reanalisar os dados de raios-X usados ​​para observar o flare J2150 e compara¡-lo com modelos teóricos sofisticados, os autores mostraram que esse flare realmente se originou de um encontro entre uma estrela azarada e um buraco negro de massa intermedia¡ria. O buraco negro intermediário em questãotem massa particularmente baixa - isto anã, para um buraco negro - pesando cerca de 10.000 vezes a massa do sol.

"As emissaµes de raios-X do disco interno formado pelos fragmentos da estrela morta possibilitaram inferir a massa e o giro desse buraco negro e classifica¡-lo como um buraco negro intermediário", disse Wen.

Dezenas de eventos de interrupção das maranãs foram vistos nos centros de grandes gala¡xias hospedando buracos negros supermassivos, e um punhado também foi observado nos centros de pequenas gala¡xias que podem conter buracos negros intermediários. No entanto, os dados anteriores nunca foram detalhados o suficiente para provar que um flare de interrupção de maréindividual foi alimentado por um buraco negro intermediário.
 
"Graças a s observações astrona´micas modernas, sabemos que os centros de quase todas as gala¡xias que são semelhantes ou maiores em tamanho do que a nossa Via La¡ctea hospedam buracos negros supermassivos centrais", disse o coautor do estudo Nicholas Stone, professor saªnior da Universidade Hebraica em Jerusalém . "Esses gigantes variam em tamanho de 1 milha£o a 10 bilhaµes de vezes a massa do nosso sol, e eles se tornam fontes poderosas de radiação eletromagnanãtica quando muito gás interestelar cai em sua vizinhana§a."

A massa desses buracos negros se correlaciona intimamente com a massa total de suas gala¡xias hospedeiras; as maiores gala¡xias hospedam os maiores buracos negros supermassivos.

"Ainda sabemos muito pouco sobre a existaªncia de buracos negros no centro de gala¡xias menores do que a Via La¡ctea", disse o coautor Peter Jonker, da Radboud University e do SRON Netherlands Institute for Space Research, ambos na Holanda. "Devido a s limitações de observação, éum desafio descobrir buracos negros centrais muito menores do que 1 milha£o de massas solares."

Quando uma estrela se aventura muito perto de um buraco negro, as forças gravitacionais
criam maranãs intensas que dividem a estrela em um fluxo de gás, resultando em um
fena´meno catacla­smico conhecido como evento de interrupção das maranãs. Enormes
quantidades de energia são liberadas, causando uma interrupção da maréque
ofusca sua gala¡xia em alguns casos. Crédito: Goddard Space
Flight Center da NASA / Chris Smith (USRA / GESTAR)

Apesar de sua suposta abunda¢ncia, as origens dos buracos negros supermassivos permanecem desconhecidas, e muitas teorias diferentes atualmente competem para explica¡-las, de acordo com Jonker. Os buracos negros de massa intermedia¡ria podem ser as sementes das quais os buracos negros supermassivos crescem.

"Portanto, se tivermos um melhor controle de quantos buracos negros intermediários de boa féexistem, isso pode ajudar a determinar quais teorias de formação de buracos negros supermassivos estãocorretas", disse ele.

Ainda mais emocionante, de acordo com Zabludoff, éa medição do spin do J2150 que o grupo conseguiu obter. A medição do spin contanãm pistas de como os buracos negros crescem e, possivelmente, da física das partículas

Este buraco negro tem um giro rápido, mas não o mais rápido possí­vel, Zabludoff explicou, levantando a questãode como o buraco negro termina com um giro nesta faixa.

"a‰ possí­vel que o buraco negro se formou dessa forma e não mudou muito desde então, ou que dois buracos negros de massa intermedia¡ria se fundiram recentemente para formar este", disse ela. "Na³s sabemos que o spin que medimos exclui cenários onde o buraco negro cresce ao longo de um longo tempo devido a  ingestãoconstante de gás ou de muitos lanches rápidos de gás que chegam de direções aleata³rias."

Além disso, a medição do spin permite que os astrofisicos testem hipa³teses sobre a natureza da matéria escura, que se acredita ser a maior parte da matéria do universo. A matéria escura pode consistir empartículas elementares desconhecidas ainda não vistas em experimentos de laboratório. Entre os candidatos estãoparta­culas hipotanãticas conhecidas como ba³sons ultraleves, explicou Stone.

"Se essaspartículas existem e tem massas em um determinado intervalo, elas impedira£o que um buraco negro de massa intermedia¡ria tenha um giro rápido", disse ele. "Ainda assim, o buraco negro do J2150 estãogirando rápido. Portanto, nossa medição de spin exclui uma ampla classe de teorias de ba³son ultraleves, mostrando o valor dos buracos negros como laboratórios extraterrestres para a física de partículas"

No futuro, novas observações de erupções de interrupção de maranãs podem permitir que os astrônomos preencham as lacunas na distribuição de massa dos buracos negros, esperam os autores.

"Se descobrirmos que a maioria das gala¡xias ana£s contanãm buracos negros de massa intermedia¡ria , então elas ira£o dominar a taxa de interrupção das maranãs estelares", disse Stone. "Ajustando a emissão de raios-X dessas chamas a modelos teóricos , podemos realizar um censo da população de buracos negros de massa intermedia¡ria no universo", acrescentou Wen.

Para fazer isso, no entanto, mais eventos de interrupção da marédevem ser observados. a‰ por isso que os astrônomos tem grandes esperanças de novos telesca³pios online em breve, tanto na Terra quanto no Espaço, incluindo o Observatório Vera C. Rubin, também conhecido como o Legacy Survey of Space and Time, ou LSST, que deve descobrir milhares de maranãs eventos de interrupção por ano.

 

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