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NOVAS OBSERVAÇÕES DE BURACO NEGRO A DEVORAR UMA ESTRELA REVELAM RÁPIDA FORMAÇÃO DE DISCO
28 de agosto de 2020

 


Esta imagem de uma simulação de computador mostra a rápida formação de um disco de acreção durante a destruição de uma estrela por um buraco negro supermassivo.
Crédito: Jamie Law-Smith e Enrico Ramirez-Ruiz

 

Quando uma estrela passa demasiado perto de um buraco negro supermassivo, as forças de maré destroem-na, produzindo um surto de radiação à medida que o material da estrela cai no buraco negro. Os astrónomos estudam a luz destes eventos de perturbação de marés em busca de pistas sobre o comportamento "alimentício" dos buracos negros supermassivos que espreitam nos centros das galáxias.

Novas observações de eventos de perturbação de marés, lideradas por astrónomos da Universidade da Califórnia em Santa Cruz, fornecem agora evidências claras de que os detritos da estrela formam um disco giratório, de nome disco de acreção, em torno do buraco negro. Os teóricos têm debatido se um disco de acreção se pode formar com eficiência durante um evento de perturbação de marés, e os novos achados, aceites para publicação na revista The Astrophysical Journal, disponíveis online, devem ajudar a resolver esta questão, disse a autora principal Tiara Hung, pós-doutorada da mesma universidade.

"Na teoria clássica, o surto de evento de perturbação de marés é alimentado por um disco de acreção, produzindo raios-X da região interna onde o gás quente espirala para o buraco negro," disse Hung. "Mas para a maioria dos eventos de perturbação de marés, não vemos os raios-X - brilham principalmente nos comprimentos de onda ultravioleta e ótico - de modo que foi sugerido que, em vez de um disco, estamos a ver as emissões da colisão de fluxos de detritos estelares."

Os coautores Enrico Ramirez-Ruiz, professor de astronomia e astrofísica da Universidade da Califórnia em Santa Cruz, e Jane Dai da Universidade de Hong Kong, desenvolveram um modelo teórico, publicado em 2018, que pode explicar porque os raios-X geralmente não são observados em eventos de perturbação de marés, apesar da formação de um disco de acreção. As novas observações fornecem forte suporte para este modelo.

"Esta é a primeira confirmação sólida de que os discos de acreção se formam nestes eventos, mesmo quando não vemos raios-X," disse Ramirez-Ruiz. "A região perto do buraco negro é obscurecida por um vento opticamente espesso, de modo que não vemos as emissões de raios-X, mas vemos a luz ótica de um disco elíptico estendido."

Evidências reveladoras

As evidências reveladoras de um disco de acreção vêm de observações espectroscópicas. O coautor Ryan Foley, professor assistente de astronomia e astrofísica da mesma universidade norte-americana, e a sua equipa começaram a monitorizar o evento de perturbação de marés (chamado AT 2018hyz) depois de ter sido detetado pela primeira vez em novembro de 2018 pelo levantamento ASAS-SN (All Sky Automated Survey for SuperNovae). Foley notou um espectro invulgar ao observar o evento de perturbação de marés com o Telescópio Shane de 3 metros do Observatório Lick da Universidade da Califórnia na noite de 1 janeiro de 2019.

"O meu queixo caiu, e soube imediatamente que isto ia ser interessante," disse. "O que se destacou foi a linha do hidrogénio - a emissão do hidrogénio gasoso - que tinha um perfil de pico duplo que era diferente de qualquer outro evento de perturbação de marés que já tínhamos visto."

Foley explicou que o pico duplo no espectro resulta do efeito Doppler, que muda a frequência da luz emitida por um objeto em movimento. Num disco de acreção que espirala em torno de um buraco negro e visto num ângulo, parte do material mover-se-á em direção ao observador, de modo que a luz que emite será desviada para uma frequência mais alta e parte do material mover-se-á para longe do observador, a luz emitida desviada para uma frequência mais baixa.

"É o mesmo efeito que faz com que o som de um carro numa pista de corrida mude de um tom alto conforme o carro vem na nossa direção para um tom mais baixo quando passa por nós e começa a afastar-se," disse Foley. "Se estivermos sentados nas bancadas, os carros numa curva movem-se todos na nossa direção e os carros na outra curva afastam-se todos de nós. Num disco de acreção, o gás move-se em torno do buraco negro de forma semelhante, e é isso que dá os dois picos no espectro."

A equipa continuou a recolher dados nos meses seguintes, observando o evento de perturbação de marés com vários telescópios conforme evoluía ao longo do tempo. Hung liderou uma análise detalhada dos dados, o que indica que a formação do disco ocorreu de forma relativamente rápida, em questão de semanas após a fragmentação da estrela. Os achados sugerem que a formação do disco pode ser comum entre os eventos de perturbação de marés detetados oticamente, apesar da raridade da emissão de pico duplo, que depende de factores como a inclinação do disco em relação aos observadores.

"Acho que tivemos sorte com este," disse Ramirez-Ruiz. "As nossas simulações mostram que o que observamos é muito sensível à inclinação. Há uma orientação preferencial para ver estas características de pico duplo e uma orientação diferente para ver as emissões de raios-X."

Ele observou que a análise de Hung de observações de acompanhamento em vários comprimentos de onda, incluindo dados fotométricos e espectroscópicos, fornece informações sem precedentes sobre estes eventos invulgares. "Quando temos espectros, podemos aprender muito sobre a cinemática do gás e obter uma compreensão muito mais clara do processo de acreção e do que alimenta as emissões," disse Ramirez-Ruiz.

 


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Um modelo da emissão ultravioleta e ótica do evento de perturbação de marés AT 2018hyz. À medida que se forma um disco de acreção rapidamente após o evento de perturbação de marés, produz emissão de raios-X (setas pretas) num raio pequeno, que só é visível através do funil vertical. Noutras direções, os raios-X são reprocessados pela fotosfera ou vento, alimentando as emissões ultravioletas e óticas. A emissão do hidrogénio é produzida em dois locais distintos fora da fotosfera: um grande disco elíptico (colorido por velocidade para mostrar a rotação) a que se junta o material em queda e uma região de linha de emissão larga que é provavelmente criada por ventos alimentados por radiação (área roxa).
Crédito: Tiara Hung


// Universidade da Califórnia em Santa Cruz (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (arXiv.org)

Saiba mais

Buraco negro supermassivo:
Wikipedia
Evento de rutura/perturbação de marés (Wikipedia)

ASAS-SN:
Página oficial (Universidade Estatal do Ohio)

 
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