Nesta ilustração, um disco de gás quente gira em torno de um buraco negro. O fluxo de gás que se estende para a direita é o que resta de uma estrela que foi dilacerada pelo buraco negro. Uma nuvem de plasma quente (átomos de gás com os seus eletrões removidos) acima do buraco negro é conhecida como uma coroa.
Crédito: NASA/JPL-Caltech

Vários telescópios da NASA observaram recentemente um enorme buraco negro a rasgar uma estrela azarada que vagueou demasiado perto. Localizado a cerca de 250 milhões de anos-luz da Terra, no centro de outra galáxia, foi o quinto exemplo mais próximo, alguma vez observado, de um buraco negro a destruir uma estrela.

Assim que a estrela foi completamente dilacerada pela gravidade do buraco negro, os astrónomos viram um aumento dramático de raios-X altamente energéticos em torno do buraco negro. Isto indicou que, à medida que o material estelar foi puxado em direção à sua aniquilação, acima do buraco negro foi formada uma estrutura extremamente quente chamada coroa. O satélite NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescopic Array) da NASA é o telescópio espacial mais sensível capaz de observar nestes comprimentos de onda e, de acordo com um novo estudo publicado na revista The Astrophysical Journal, a proximidade do evento forneceu uma visão sem precedentes da formação e evolução da coroa.

O trabalho demonstra como a destruição de uma estrela por um buraco negro - um processo formalmente conhecido como evento de perturbação de marés - pode ser utilizada para compreender melhor o que acontece ao material que é capturado por um destes monstros antes de ser totalmente devorado.

A maioria dos buracos negros que os cientistas podem estudar estão rodeados por gás quente que se acumulou ao longo de muitos anos, por vezes milénios, e formaram discos com milhares de milhões de quilómetros em diâmetro. Em alguns casos, estes discos brilham mais do que galáxias inteiras. Mesmo em torno destas fontes brilhantes, mas especialmente em torno de buracos negros muito menos ativos, uma única estrela a ser destruída e consumida "salta à vista". E, do princípio ao fim, o processo leva muitas vezes apenas uma questão de semanas ou meses. A observabilidade e a curta duração dos eventos de perturbação de marés tornam-nos especialmente atrativos para os astrónomos, que podem determinar a forma como a gravidade do buraco negro manipula o material à sua volta, criando incríveis espetáculos de luz e novas características físicas.

"Os eventos de perturbação de marés são uma espécie de laboratório cósmico", disse a coautora do estudo Suzi Gezari, astrónoma do STScI (Space Telescope Science Institute) em Baltimore, EUA. "Eles são a nossa janela para a alimentação em tempo real de um enorme buraco negro que espreita no centro de uma galáxia".

Um sinal surpreendente

O foco do novo estudo é um evento chamado AT2021ehb, que teve lugar numa galáxia com um buraco negro central com cerca de 10 milhões de vezes a massa do nosso Sol (mais ou menos a diferença entre uma bola de bowling e o Titanic). Durante este evento de perturbação de marés, o lado da estrela mais próximo do buraco negro foi puxado com mais força do que o lado mais distante, esticando o objeto e deixando para trás um "esparguete" de gás quente.

Os cientistas pensam que o fluxo de gás é chicoteado à volta de um buraco negro durante tais eventos, colidindo consigo próprio. Pensa-se que isto cria ondas de choque e fluxos externos de gás que geram luz visível, assim como comprimentos de onda não visíveis ao olho humano, tais como radiação ultravioleta e raios-X. O material começa então a assentar num disco que gira em torno do buraco negro como água que rodeia o ralo, com fricção que gera raios-X de baixa energia. No caso de AT2021ehb, esta série de eventos teve lugar durante apenas 100 dias.

O evento foi visto pela primeira vez no dia 1 de março de 2021 pelo ZTF (Zwicky Transient Facility), localizado no Observatório Palomar, no sul do estado norte-americano da Califórnia. Foi posteriormente estudado pelo Observatório Neil Gehrels Swift da NASA e pelo telescópio NICER (Neutron star Interior Composition Explorer), que observa raios-X mais longos do que o Swift.

Depois, cerca de 300 dias após o evento ter sido visto pela primeira vez, o NuSTAR da NASA começou a observar o sistema. Os cientistas ficaram surpreendidos quando o NuSTAR detetou uma coroa - uma nuvem de plasma quente, ou átomos de gás com os seus eletrões removidos -, dado que as coroas aparecem normalmente com jatos de gás que fluem em direções opostas de um buraco negro. Contudo, no evento de perturbação de marés AT2021ehb, não foram detetados jatos, o que tornou a observação da coroa um tanto ou quanto inesperada. As coroas emitem raios-X mais energéticos do que qualquer outra parte de um buraco negro, mas os cientistas não sabem de onde vem o plasma ou exatamente como fica tão quente.

"Nunca vimos um evento de perturbação de marés com emissão de raios-X como esta sem um jato presente, e isso é realmente espetacular porque significa que podemos potencialmente separar o que causa os jatos e o que causa as coroas", disse Yuhan Yao, estudante no Caltech em Pasadena, Califórnia, e autora principal do novo estudo. "As nossas observações de AT2021ehb estão de acordo com a ideia de que os campos magnéticos têm algo a ver com a formação da coroa e queremos saber o que está a fazer com que este campo magnético fique tão forte".

Yao está também a liderar um esforço para procurar mais eventos de perturbação de marés identificados pelo ZTF para depois observá-los com telescópios como o Swift, NICER e NuSTAR. Cada nova observação fornece o potencial para novos conhecimentos ou oportunidades de confirmar o que foi observado em AT2021ehb e noutros eventos de perturbação de marés. "Queremos encontrar o máximo que pudermos", disse Yao.

// NASA (comunicado de imprensa)
// NuSTAR (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal)
// Artigo científico (arXiv.org)

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