Cientistas, recorrendo a observações do Observatório Neil Gehrels Swift da NASA descobriram, pela primeira vez, o sinal de um par de buracos negros monstruosos a perturbar uma nuvem de gás no centro de uma galáxia.

"Trata-se de um acontecimento muito estranho, chamado AT 2021hdr, que se repete de poucos em poucos meses", disse Lorena Hernández-García, astrofísica do MAS (Instituto Milenio de Astrofisica), do TITANS (Millennium Nucleus on Transversal Research and Technology to explore Supermassive Black Holes) e da Universidade de Valparaíso, no Chile. "Pensamos que uma nuvem de gás envolveu os buracos negros. À medida que se orbitam um ao outro, os buracos negros interagem com a nuvem, perturbando e consumindo o seu gás. Isto produz um padrão de oscilação na luz do sistema".

Um artigo científico sobre AT 2021hdr, liderado por Hernández-García, foi publicado no passado dia 13 de novembro na revista Astronomy & Astrophysics.

A dupla de buracos negros encontra-se no centro de uma galáxia chamada 2MASX J21240027+3409114, situada a mil milhões de anos-luz de distância, na direção da constelação setentrional de Cisne. O par está separado por cerca de 26 mil milhões de quilómetros, suficientemente perto para que a luz demore apenas um dia a viajar entre eles. Em conjunto, contêm 40 milhões de vezes a massa do Sol.

Os cientistas estimam que os buracos negros completam uma órbita a cada 130 dias e que irão colidir e fundir-se dentro de aproximadamente 70.000 anos.

AT 2021hdr foi detetado pela primeira vez em março de 2021 pelo ZTF (Zwicky Transient Facility), liderado pelo Caltech, no Observatório de Palomar, no estado norte-americano da Califórnia. Foi assinalado como uma fonte potencialmente interessante pelo ALeRCE (Automatic Learning for the Rapid Classification of Events). Esta equipa multidisciplinar combina ferramentas de inteligência artificial com conhecimentos humanos para comunicar eventos no céu noturno à comunidade astronómica, utilizando as montanhas de dados recolhidos por programas de pesquisa como o ZTF.

"Embora inicialmente se pensasse que esta erupção era uma supernova, os surtos de 2022 fizeram-nos pensar noutras explicações", disse a coautora Alejandra Muñoz-Arancibia, membro da equipa ALeRCE e astrofísica do MAS e do Centro de Modelação Matemática da Universidade do Chile. "Cada evento subsequente ajudou-nos a refinar o nosso modelo do que se está a passar no sistema".

Desde a primeira erupção que o ZTF tem detetado surtos a cada 60 a 90 dias.

Hernández-García e a sua equipa têm observado a fonte AT 2021hdr com o Swift desde novembro de 2022. O Swift ajudou-as a determinar que o binário produz oscilações no ultravioleta e em raios X nas mesmas escalas de tempo em que o ZTF as vê na gama do visível.

Os investigadores realizaram uma eliminação de diferentes modelos para explicar o que viram nos dados.

Inicialmente, pensaram que o sinal podia ser o subproduto da atividade normal no centro galáctico. Depois consideraram a hipótese de um evento de perturbação de marés - a destruição de uma estrela que se aproximou demasiado de um dos buracos negros - poder ser a causa.

Por fim, decidiram-se por outra possibilidade, a perturbação de maré de uma nuvem de gás, maior do que o próprio binário. Quando a nuvem encontrou os buracos negros, a gravidade rasgou-a, formando filamentos à volta do par e a fricção começou a aquecê-la. O gás tornou-se particularmente denso e quente perto dos buracos negros. À medida que o binário orbita, a complexa interação de forças ejeta parte do gás do sistema em cada rotação. Estas interações produzem a luz flutuante que o Swift e o ZTF observam.

Hernández-García e a sua equipa planeiam continuar as observações de AT 2021hdr para compreender melhor o sistema e melhorar os seus modelos. Também estão interessados em estudar a sua galáxia de origem, que está atualmente a fundir-se com outra galáxia próxima - um acontecimento relatado pela primeira vez no seu artigo científico.

"À medida que o Swift se aproxima do seu 20.º aniversário, é incrível ver toda a nova ciência que ainda está a ajudar a comunidade a realizar", disse S. Bradley Cenko, investigador principal do Swift no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland, EUA. "Ainda há muito para nos ensinar sobre o nosso cosmos em constante mudança".

// NASA (comunicado de imprensa)
// MAS (comunicado de imprensa)
// Universidade Diego Portales (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Astronomy & Astrophysics)

Quer saber mais?

AT 2021hdr:
Transient Name Server
WISeREP

Buraco negro supermassivo:
Wikipedia
Buraco negro supermassivo (Wikipedia)

Observatório Neil Gehrels Swift:
NASA
Wikipedia

ZTF (Zwicky Transient Facility):
Caltech
ipac
Wikipedia