Uma equipa internacional descobriu um fenómeno extremamente raro: uma galáxia a cerca de 10 mil milhões de anos-luz de distância cujo brilho diminuiu para um-vigésimo do seu nível original em apenas 20 anos. Ao combinar observações em vários comprimentos de onda com dados de arquivo que abrangem várias décadas, os investigadores concluíram que o enfraquecimento foi causado por uma rápida diminuição do gás que fluía para o buraco negro supermassivo no centro da galáxia. A descoberta mostra que a atividade dos buracos negros supermassivos pode mudar drasticamente em escalas de tempo curtas o suficiente para serem observadas durante a vida de um ser humano.

Um declínio repentino na atividade do buraco negro supermassivo

A maioria das galáxias alberga no seu centro um buraco negro supermassivo, com uma massa centenas de milhões de vezes superior à do Sol. Em alguns casos, o gás circundante é atraído para dentro pela forte gravidade do buraco negro. À medida que o gás espirala em direção ao buraco negro, forma uma estrutura conhecida como disco de acreção. O atrito no disco aquece o gás a temperaturas extremamente elevadas, produzindo enormes quantidades de energia. Como resultado, o centro da galáxia brilha intensamente. Essas regiões luminosas são conhecidas como núcleos galácticos ativos (NGAs).

No entanto, se o fluxo de gás para o disco de acreção enfraquecer por alguma razão, a radiação emitida diminui e o centro galáctico torna-se mais fraco. As novas observações sugerem que esta galáxia entrou exatamente nessa fase - uma fase em que a atividade do seu buraco negro central diminuiu rapidamente.

Dados revelam um enfraquecimento dramático

A equipa internacional - incluindo investigadores do Instituto Tecnologia de Chiba (Japão), da Universidade de Potsdam (Alemanha), da Universidade de Toyama (Japão), do Instituto de Astrofísica das Canárias (Espanha), do Observatório Astronómico Nacional do Japão e da Universidade Ritsumeikan - comparou imagens do SDSS (Sloan Digital Sky Survey) com as da HSC (Hyper Suprime-Cam) no Telescópio Subaru. Descobriram que o brilho aparente da galáxia diminuiu para cerca de um-vigésimo do seu nível original ao longo de aproximadamente 20 anos. Os NGAs variam normalmente cerca de 30% em termos de brilho, pelo que um declínio desta magnitude é extremamente raro. A equipa realizou imediatamente observações de acompanhamento com o GTC (Gran Telescopio Canarias) e lançou uma investigação abrangente do objeto.

Realizaram novas observações óticas e no infravermelho próximo com o Telescópio Subaru e com o Observatório W. M. Keck, bem como observações de rádio. Além disso, analisaram dados de arquivo de raios X e no infravermelho, juntamente com placas fotográficas tiradas há cerca de 70 anos, combinando informações de vários comprimentos de onda e períodos.

Representação artística de um núcleo galáctico ativo durante uma fase brilhante (à esquerda) e uma fase fraca (à direita). Os painéis superiores mostram a galáxia na sua totalidade, enquanto os painéis inferiores ampliam a região central. Na fase brilhante, o disco de acreção em torno do buraco negro supermassivo (a região escura no centro) e um anel espesso em forma de donut, composto por gás e poeira, brilham intensamente. Quando o fluxo de gás para o buraco negro diminui, a região central torna-se muito mais fraca. Crédito: Instituto de Tecnologia de Chiba

Ficando sem combustível

Ao comparar as alterações observadas no brilho ótico e infravermelho com modelos teóricos, os investigadores estimaram que o ritmo de acreção - a taxa à qual o gás flui do disco de acreção para o buraco negro - caiu para cerca de um-quinquagésimo do seu nível anterior em apenas cerca de sete anos (embora as observações abranjam cerca de 20 anos, o efeito da dilatação do tempo significa que isto corresponde a cerca de 7 anos no referencial da galáxia com desvio para o vermelho de 1,8; o brilho observado inclui luz tanto do núcleo galáctico ativo como da galáxia hospedeira. Ao analisar dados de várias épocas e comprimentos de onda, desde o ótico ao infravermelho, os investigadores conseguiram separar estes componentes e demonstrar que o próprio NGA enfraqueceu num fator de cerca de 50). Isto sugere que o fornecimento de material que alimenta o buraco negro pode estar a esgotar-se rapidamente.

Uma explicação alternativa era que uma nuvem de poeira à frente do disco de acreção tinha bloqueado temporariamente a luz. No entanto, esta possibilidade foi descartada, uma vez que não consegue explicar as alterações observadas numa ampla gama de comprimentos de onda, desde o ótico ao infravermelho. Em vez disso, os resultados indicam que o próprio estado físico do disco de acreção provavelmente foi alterado drasticamente. O mecanismo exato que poderia causar uma alteração tão rápida permanece incerto, sendo necessárias mais observações e estudos teóricos para o compreender.

Mais rápido do que o esperado: repensando os modelos de acreção

Esta descoberta mostra que a atividade dos buracos negros supermassivos nos centros galácticos pode mudar drasticamente em escalas de tempo que vão de apenas alguns anos a algumas décadas - um período suficientemente curto para ser observado durante a vida de um ser humano. Até agora, pensava-se geralmente que a acreção de massa nos buracos negros supermassivos dos NGAs variava lentamente ao longo de dezenas de milhares de anos ou mais. O novo resultado desafia esta visão de longa data.

Tomoki Morokuma, cientista do Centro de Investigação Astronómica do Instituto de Tecnologia de Chiba, que liderou o estudo, afirma: "É fascinante que um núcleo galáctico ativo possa alterar o seu brilho de forma tão dramática num período tão curto, e que este enfraquecimento pareça ser causado por uma grande alteração no ritmo de acreção para o buraco negro supermassivo. Utilizando dados de levantamentos de campo largo, como os da HSC, esperamos descobrir mais objetos como este e compreender como a atividade dos buracos negros supermassivos se desativa e reinicia".

O coautor Toshihiro Kawaguchi, da Universidade de Toyama, que trabalhou principalmente na interpretação teórica, acrescenta: "Este objeto apresenta uma variabilidade rápida que não pode ser explicada pelos modelos padrão. Constitui um importante caso de teste para o desenvolvimento de novos modelos teóricos. Nós vamos investigar quais as condições físicas que poderiam reproduzir o comportamento observado".

// Telescópio Subaru (comunicado de imprensa)
// IAC (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Publications of the Astronomical Society of Japan)

Quer saber mais?

Buraco negro supermassivo:
Wikipedia

NGAs (Núcleos Galácticos Ativos):
Wikipedia

Telescópio Subaru:
NAOJ
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SDSS (Sloan Digital Sky Survey):
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Wikipedia

GTC (Gran Telescopio Canarias):
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Wikipedia

Observatório W. M. Keck:
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