As estrelas mais massivas do Universo estão destinadas a explodir como supernovas brilhantes antes de colapsarem em buracos negros. No entanto, uma estrela enorme parece nunca ter cumprido o seu destino; em jeito de ironia, a estrela aproximou-se demasiado de um buraco negro gigantesco, que a engoliu, desfazendo-a em pedaços.

Esta é a explicação mais provável dada pelos autores de um novo artigo científico publicado na revista Nature Astronomy que descreve a mais poderosa e mais distante erupção energética alguma vez registada por um buraco negro supermassivo. O objeto cósmico foi observado pela primeira vez em 2018 pelo ZTF (Zwicky Transient Facility), situado no Observatório Palomar, e pelo CRTS (Catalina Real-Time Transient Survey). O surto aumentou rapidamente de intensidade por um fator de 40 durante um período de meses e, no seu pico, foi 30 vezes mais luminoso do que qualquer outra erupção observada até à data. No seu ponto mais intenso, a erupção brilhou com a luz de 10 biliões de sóis.

O buraco negro supermassivo por detrás do evento está em acreção (ou alimentação), a cujo tipo se dá o nome núcleo galáctico ativo (NGA). Referido como J2245+3743, estima-se que este NGA seja 500 milhões de vezes mais massivo do que o nosso Sol. Encontra-se a 10 mil milhões de anos-luz de distância, no Universo remoto. Como a luz tem uma velocidade finita e leva tempo a chegar até nós, os astrónomos observam eventos distantes como este no passado, quando o Universo era jovem.

"A energia mostra que este objeto está muito longe e é muito brilhante", diz o autor principal do estudo, Matthew Graham, professor de astronomia e investigador no Caltech (Instituto de Tecnologia da Califórnia), bem como cientista e coinvestigador principal do projeto ZTF. "Este é diferente de qualquer NGA que já tenhamos visto".

Os astrónomos continuam a monitorizar a erupção do buraco negro, embora esta esteja a desaparecer com o tempo. De facto, para além de testemunharem o objeto no passado, o próprio tempo corre mais devagar no local remoto do buraco negro, em comparação com a nossa própria experiência do tempo. "Trata-se de um fenómeno chamado dilatação cosmológica do tempo, devido ao alongamento do espaço e do tempo. À medida que a luz viaja através do espaço em expansão para chegar até nós, o seu comprimento de onda estica-se, tal como o próprio tempo", explica Graham, referindo que os levantamentos de longa duração como o ZTF e o CRTS são importantes para testemunhar plenamente acontecimentos do passado porque, neste caso, "sete anos aqui são dois anos lá. Estamos a assistir à reprodução do evento a um-quarto da velocidade".

Para determinar o que poderia causar uma explosão tão dramática de luz no cosmos, os investigadores examinaram minuciosamente uma lista de possibilidades, concluindo que o culpado mais provável é um evento de perturbação de marés (com a sigla inglesa "TDE", "tidal disruption event"). Este fenómeno ocorre quando a gravidade de um buraco negro supermassivo rasga uma estrela que se aproxime demasiado, consumindo-a lentamente ao longo do tempo, à medida que espirala para o buraco negro. O facto de a erupção do buraco negro J2245+3743 ainda estar em curso indica que estamos a assistir a uma estrela que ainda não foi totalmente devorada, mas que é como "um peixe a meio caminho da garganta da baleia", diz Graham.

Se o surto for de facto um TDE, os cientistas estimam que o buraco negro supermassivo devorou uma estrela com uma massa pelo menos 30 vezes superior à do nosso Sol. O anterior detentor do recorde de maior candidato a TDE, um evento apelidado de "Scary Barbie" após a sua classificação ZTF inicial como ZTF20abrbeie, não foi tão intenso. Esse TDE, que também se pensa ter tido origem num NGA, foi 30 vezes mais fraco do que o de J2245+3743, e estima-se que a sua estrela condenada tivesse entre três e 10 massas solares.

Lanche estelar no disco de um buraco negro

A maioria dos cerca de 100 TDEs observados até à data não ocorre em torno de NGAs - estruturas massivas que consistem em buracos negros supermassivos rodeados por grandes discos de material que alimentam o buraco negro central. O NGA fervilha com a acreção, o que pode mascarar as explosões de TDEs e torná-las mais difíceis de encontrar. A recente supererupção J2245+3743, por outro lado, foi tão grande que até foi mais fácil de observar.

No entanto, ao início, J2245+3743 não parecia ser nada de especial. Em 2018, depois de o objeto ter sido avistado pela primeira vez, os investigadores utilizaram o Telescópio Hale de 200 polegadas do Observatório Palomar para obter um espetro da luz do objeto, mas este não revelou nada de invulgar. Em 2023, a equipa notou que o surto estava a decair mais lentamente do que o esperado, pelo que obtiveram outro espetro pelo Observatório W. M. Keck, no Hawaii, que indicou o brilho extremo deste NGA em particular.

"Inicialmente, era importante estabelecer que este objeto extremo era realmente tão brilhante", explica a coautora K. E. Saavik Ford, professora na BMCC (Borough of Manhattan Community College) da CUNY (City University of New York) e também do AMNH (American Museum of Natural History). Era possível, diz ela, que o objeto estivesse a emitir luz na nossa direção, em vez de brilhar em todas as direções, mas os dados da aposentada missão WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) da NASA ajudaram a excluir essa hipótese. No final, depois de terem sido excluídos outros cenários, os investigadores concluíram que J2245+3743 era, de facto, a erupção mais brilhante alguma vez registada num buraco negro.

"Se convertermos o nosso Sol inteiro em energia, usando a famosa fórmula de Albert Einstein E=mc^2, é essa a quantidade de energia que tem saído deste surto desde que o começámos a observar", diz Ford.

Uma vez estabelecido o brilho sem precedentes do evento, a equipa analisou o que o poderia ter causado. "As supernovas não são suficientemente brilhantes para explicar isto", diz Ford, referindo-se a uma possibilidade. Ao invés, a explicação preferida da equipa é um buraco negro supermassivo que rasga lentamente uma estrela enorme até à morte.

"Estrelas tão massivas são raras", diz Ford, "mas pensamos que as estrelas dentro do disco de um NGA podem crescer ainda mais. A matéria do disco é despejada sobre as estrelas, fazendo-as crescer em massa".

Encontrar "refeições" de buracos negros com proporções tão grandes indica que é provável que outros eventos como este estejam a ocorrer no cosmos. Os investigadores esperam poder explorar mais dados do ZTF para encontrar outros e o Observatório Vera C. Rubin pode também encontrar TDEs invulgarmente grandes.

"Nunca teríamos encontrado este evento raro se não fosse o ZTF", diz Graham. "Há sete anos que observamos o céu com o ZTF e, por isso, quando vemos uma erupção ou uma mudança, podemos ver o que fez no passado e como vai evoluir".

// Caltech (comunicado de imprensa)
// BMCC (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature Astronomy)
// Artigo científico (arXiv)

Quer saber mais?

Buraco negro supermassivo:
Wikipedia

NGAs (Núcleos Galácticos Ativos):
Wikipedia

Evento de perturbação de marés (sigla inglesa "TDE", "tidal disruption event"):
Wikipedia

ZTF (Zwicky Transient Facility):
Caltech
ipac
Wikipedia

CRTS (Catalina Real-Time Transient Survey):
Caltech
Wikipedia

Observatório Palomar:
Página principal
Wikipedia

Observatório W. M. Keck:
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Wikipedia

WISE (ou NEOWISE):
NASA
ipac
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