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ESTRELA SOBREVIVE QUASE-ENCONTRO COM BURACO NEGRO GIGANTE
28 de abril de 2020

 


Ilustração do buraco negro e da anã branca.
Crédito: raios-X - NASA/CXO/CSIC-INTA/G.Miniutti et al.; Ilustração - NASA/CXC/M. Weiss

 

Os astrónomos podem ter descoberto um novo tipo de história de sobrevivência: uma estrela que teve um encontro próximo com um buraco negro gigante e sobreviveu para contar a narrativa através de emissões de raios-X.

Dados do Observatório de raios-X da NASA e do XMM-Newton da ESA descobriram a história que começou com uma gigante vermelha que passou demasiado perto de um buraco negro supermassivo numa galáxia a cerca de 250 milhões de anos-luz da Terra. O buraco negro, localizado numa galáxia chamada GSN 069, tem uma massa de cerca de 400.000 vezes a do Sol, colocando-o na extremidade inferior da gama dos buracos negros supermassivos.

Assim que a gigante vermelha foi capturada pela gravidade do buraco negro, as camadas externas da estrela contendo hidrogénio foram arrancadas e levadas para o buraco negro, deixando o núcleo da estrela - conhecido como anã branca - para trás.

"Na minha interpretação dos dados de raios-X, a anã branca sobreviveu, mas não escapou," disse Andrew King, da Universidade de Leicester, Reino Unido, que realizou este estudo. "Agora está presa numa órbita elíptica em torno do buraco negro, completando uma viagem aproximadamente a cada nove horas."

À medida que a anã branca faz quase três órbitas por cada dia terrestre, o buraco negro retira material na sua maior aproximação (a não mais do que 15 vezes o raio do horizonte de eventos - o ponto de não retorno - do buraco negro). O detrito estelar entra num disco em redor do buraco negro e liberta um surto de raios-X que o Chandra e o XMM-Newton podem detetar. Além disso, King prevê que ondas gravitacionais serão emitidas pelo par constituído pelo buraco negro e pela anã branca, especialmente no seu ponto mais próximo.

Qual será o futuro da estrela e da sua órbita? O efeito combinado das ondas gravitacionais e uma mudança no tamanho da estrela à medida que perde massa deverá fazer com que a órbita se torne mais circular e cresça em tamanho. O ritmo de perda de massa diminui constantemente, assim como a distância da anã branca ao buraco negro aumenta.

"Vai esforçar-se para fugir, mas não há escapatória. O buraco negro vai devorar a anã branca cada vez mais lentamente, mas nunca parará," disse King. "Em princípio, esta perda de massa vai continuar até e mesmo depois da anã branca desvanecer até à massa de Júpiter, daqui a um bilião de anos. Esta seria uma maneira notavelmente lenta e complicada do Universo formar um planeta!"

Os astrónomos encontraram muitas estrelas que foram completamente destruídas por encontros com buracos negros (os chamados eventos de perturbação de maré), mas há muito poucos casos relatados de "quase-encontros", onde a estrela provavelmente sobreviveu.

Encontros próximos como este devem ser mais comuns do que colisões diretas, dadas as estatísticas dos padrões de tráfego cósmico, mas podem ser facilmente não observados por várias razões. Primeiro, uma estrela sobrevivente mais massiva pode demorar demasiado tempo a concluir uma órbita em torno do buraco negro para os astrónomos observem surtos repetidos. Outra questão é que os buracos negros supermassivos que são muito mais massivos do que o situado na galáxia GSN 069 podem engolir diretamente uma estrela, em vez desta cair para órbitas onde perde massa periodicamente. Nestes casos, os astrónomos nada observariam.

"Em termos astronómicos, este evento só é visível através dos nossos telescópios atuais por um curto período de tempo - cerca de 2000 anos," disse King. "De modo que a menos que tenhamos uma sorte extraordinária de ter capturado este evento, podem haver muito mais que estejamos a perder. Tais encontros podem ser uma das principais maneiras dos buracos negros do tamanho do buraco negro de GSN 069 crescerem."

King prevê que a anã branca tem uma massa de apenas dois-décimos da massa do Sol. Se a anã branca era o núcleo da gigante vermelha que foi completamente despojada do seu hidrogénio, deverá ser rica em hélio. O hélio teria sido criado pela fusão de átomos de hidrogénio durante a evolução da gigante vermelha.

"É incrível pensar que a órbita, a massa e a composição de uma pequena estrela a 250 milhões de anos-luz de distância podem ser inferidas," disse King.

King fez uma previsão com base no seu cenário. Dado que a anã branca está tão perto do buraco negro, os efeitos da Teoria da Relatividade Geral significam que a direção do eixo da órbita deve oscilar, ou "precessar". Esta oscilação deve repetir-se a cada dois dias e pode ser detetável com observações suficientemente longas.

O artigo que descreve estes resultados foi publicado na edição de março de 2020 da revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society e está disponível online.

 

 


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Esquema que mostra a órbita da anã branca. Se desenhada à escala, seria demasiado pequena para ver na imagem. O buraco negro é rodeado por um disco de material (representado em laranja e vermelho). A Relatividade Geral provoca um efeito de precessão, mudando o ângulo dos "loops" na órbita cerca de 70º à medida que a anã branca passa pelo buraco negro. A orientação da figura é vista de modo que os diferentes "loops" apareçam quase de lado. Se vistos de face, os "loops" orbitais pareceriam de forma oval, mas não seriam tão estreitos.
Crédito: NASA/CXC/M. Weiss


// Observatório de raios-X Chandra (comunicado de imprensa)
// Universidade de Leiscester (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)
// Artigo científico (arXiv.org)

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