O XMM-Newton da ESA está a desempenhar um papel crucial na investigação das mais longas e mais energéticas erupções de raios X observadas de um buraco negro recentemente desperto. A observação deste estranho comportamento em tempo real fornece uma oportunidade única para aprender mais sobre estes poderosos eventos e sobre o misterioso comportamento dos buracos negros massivos.

Embora saibamos que os buracos negros supermassivos (com milhões de vezes a massa do nosso Sol) se escondem no centro da maioria das galáxias, a sua própria natureza torna-os difíceis de detetar e estudar. Em contraste com a ideia popular de que os buracos negros "devoram" constantemente matéria, estes monstros gravitacionais podem passar longos períodos de tempo numa fase dormente e inativa.

Foi o que aconteceu com o buraco negro no coração de SDSS1335+0728, uma galáxia distante e sem qualquer aspeto notável, situada a 300 milhões de anos-luz de distância, na direção da constelação de Virgem. Depois de estar inativo durante décadas, "acendeu-se" subitamente e começou recentemente a produzir flashes de raios X sem precedentes.

Os primeiros sinais de atividade surgiram no final de 2019, quando a galáxia começou inesperadamente a brilhar intensamente, atraindo a atenção dos astrónomos. Depois de a estudarem durante vários anos, concluíram que as mudanças invulgares que observaram eram provavelmente o resultado do buraco negro se ter "ligado" subitamente - entrando numa fase ativa. A região central brilhante e compacta da galáxia é agora classificada como um núcleo galáctico ativo, apelidado de "Ansky".

"Quando vimos pela primeira vez Ansky a iluminar-se em imagens óticas, desencadeámos observações de acompanhamento utilizando o telescópio espacial de raios X Swift da NASA e verificámos dados de arquivo do telescópio de raios X eROSITA, mas na altura não vimos qualquer evidência de emissões de raios X", diz Paula Sánchez Sáez, investigadora do ESO, na Alemanha, e líder da equipa que explorou pela primeira vez a ativação do buraco negro.

Ansky acorda

Depois, em fevereiro de 2024, uma equipa liderada por Lorena Hernández-García, investigadora da Universidade de Valparaíso, no Chile, começou a ver surtos de raios X provenientes de Ansky a intervalos quase regulares.

"Este evento raro constitui uma oportunidade para os astrónomos observarem o comportamento de um buraco negro em tempo real, utilizando os telescópios espaciais de raios X XMM-Newton e NICER, Chandra e Swift da NASA. Este fenómeno é conhecido como uma erupção quase periódica, ou EQP. As EQPs são eventos de curta duração. E esta é a primeira vez que observamos um evento deste tipo num buraco negro que parece estar a acordar", explica Lorena.

"O primeiro episódio de EQP foi descoberto em 2019 e, desde então, só detetámos mais alguns. Ainda não compreendemos o que os causa. O estudo de Ansky vai ajudar-nos a compreender melhor os buracos negros e a forma como evoluem".

"O XMM-Newton desempenhou um papel fundamental no nosso estudo. É o único telescópio de raios X suficientemente sensível para detetar a luz de fundo de raios X mais fraca entre as erupções. Com o XMM-Newton, pudemos medir a intensidade da luz de fundo de Ansky, o que nos permitiu calcular a quantidade de energia que Ansky liberta quando se 'acende' e começa a piscar".

Impressão de artista do XMM-Newton. Crédito: ESA-C. Carreau

Desvendando um comportamento intrigante

A gravidade de um buraco negro captura a matéria que se aproxima demasiado e pode despedaçá-la. A matéria de uma estrela capturada, por exemplo, seria espalhada num disco quente, brilhante e de rotação rápida chamado disco de acreção. A ideia atual é que as EQPs são causadas por um objeto (que pode ser uma estrela ou um pequeno buraco negro) que interage com este disco de acreção e que têm sido associadas à destruição de uma estrela. Mas não há evidências de que Ansky tenha destruído uma estrela.

As características extraordinárias das erupções recorrentes de Ansky levaram a equipa de investigação a considerar outras possibilidades. O disco de acreção poderia ser formado por gás capturado pelo buraco negro a partir da sua vizinhança, e não por uma estrela desintegrada. Neste cenário, as explosões de raios X seriam provenientes de choques altamente energéticos no disco, provocados por um pequeno objeto celeste que atravessa e perturba o material em órbita, repetidamente.

"As erupções de raios X de Ansky são dez vezes mais longas e dez vezes mais luminosas do que as que vemos numa EQP típica", diz Joheen Chakraborty, membro da equipa e estudante de doutoramento no MIT (Massachusetts Institute of Technology), nos EUA.

"Cada uma destas erupções liberta uma centena de vezes mais energia do que a observada noutros locais. As erupções de Ansky mostram também a cadência mais longa alguma vez observada, de cerca de 4,5 dias. Isto leva os nossos modelos aos seus limites e desafia as ideias existentes sobre a forma como estes flashes de raios X estão a ser gerados".

Observando um buraco negro em ação

A possibilidade de observar a evolução de Ansky em tempo real é uma oportunidade sem precedentes para os astrónomos aprenderem mais sobre os buracos negros e sobre os eventos energéticos que estes potenciam.

"Para as EQPs, ainda estamos no ponto em que temos mais modelos do que dados e precisamos de mais observações para compreender o que está a acontecer", diz Erwan Quintin, investigador da ESA e astrónomo de raios X.

"Pensávamos que as EQPs eram o resultado de pequenos objetos celestes que eram capturados por objetos muito maiores e que espiralavam na sua direção. As erupções de Ansky parecem estar a contar-nos uma história diferente. Estes surtos repetitivos também estão provavelmente associados a ondas gravitacionais que a futura missão LISA da ESA poderá ser capaz de captar".

"É crucial ter estas observações de raios X que irão complementar os dados das ondas gravitacionais e ajudar-nos a resolver o comportamento intrigante dos buracos negros massivos".

// ESA (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature Astronomy)
// Artigo científico (arXiv)

Quer saber mais?

CCVAlg - Astronomia:
21/06/2024 - Astrónomos observam em tempo real o despertar de um buraco negro de grande massa

Buraco negro supermassivo:
Wikipedia

NGAs (Núcleos Galácticos Ativos):
Wikipedia

Observatório XMM-Newton:
ESA
Wikipedia