À espreita a 600 milhões de anos-luz de distância, nas profundezas escuras entre as estrelas, encontra-se um monstro invisível que engole qualquer estrela que se desloque na sua direção. O buraco negro traiçoeiro revelou a sua presença num evento de perturbação de marés (com a sigla inglesa "TDE", "tidal disruption event") recentemente identificado, em que uma estrela infeliz foi despedaçada e engolida por uma espetacular explosão de radiação. Estes eventos de perturbação são poderosas sondas da física dos buracos negros, revelando as condições necessárias para o lançamento de jatos e ventos quando um buraco negro está a consumir uma estrela, e são vistos como objetos brilhantes pelos telescópios.

O novo TDE, chamado AT2024tvd, permitiu aos astrónomos localizar um buraco negro supermassivo errante usando o Telescópio Espacial Hubble da NASA, com observações semelhantes de apoio pelo Observatório de raios X Chandra da NASA e pelo VLA (Very Large Array) que também mostraram que o buraco negro está deslocado do centro da galáxia.

O artigo científico que detalha esta investigação será publicado numa próxima edição da revista The Astrophysical Journal Letters.

Surpreendentemente, este buraco negro com um milhão de massas solares não reside exatamente no centro da galáxia hospedeira, onde normalmente os buracos negros supermassivos se encontram e onde devoram ativamente o material circundante. Dos cerca de 100 TDEs registados até agora por levantamentos óticos do céu, este é o primeiro que não está no centro de uma galáxia. Os restantes estão associados aos buracos negros centrais das galáxias.

De facto, no centro da galáxia hospedeira existe um buraco negro supermassivo diferente, com 100 milhões de vezes a massa do Sol. A precisão ótica do Hubble mostra que o TDE estava apenas a 2600 anos-luz do buraco negro mais massivo no centro da galáxia. Corresponde a apenas um-décimo da distância entre o nosso Sol e o buraco negro supermassivo central da Via Láctea.

Este buraco negro maior expele energia à medida que acreta gás em queda e está classificado como um NGA (núcleo galáctico ativo). Estranhamente, os dois buracos negros supermassivos coexistem na mesma galáxia, mas não estão gravitacionalmente ligados um ao outro como um par binário. O buraco negro mais pequeno pode eventualmente espiralar para o centro da galáxia e fundir-se com o buraco negro maior. Mas, para já, estão demasiado afastados para estarem ligados gravitacionalmente.

Um evento de perturbação de marés ocorre quando uma estrela em queda é esticada ou "esparguetificada" pelas imensas forças gravitacionais de maré de um buraco negro. Os remanescentes estelares fragmentados são puxados para uma órbita circular em torno do buraco negro. Isto gera choques e fluxos com temperaturas elevadas que podem ser observados no ultravioleta e no visível.

"AT2024tvd é o primeiro TDE deslocado captado por levantamentos óticos do céu e abre a possibilidade de descobrir esta população esquiva de buracos negros errantes com futuros levantamentos do céu", disse a autora principal do estudo, Yuhan Yao, da Universidade da Califórnia em Berkeley, EUA. "Atualmente, os teóricos não têm prestado muita atenção aos TDEs deslocados. Penso que esta descoberta vai motivar os cientistas a procurar mais exemplos deste tipo de eventos".

Esta é uma imagem, pelo Telescópio Espacial Hubble, de uma galáxia distante que alberga a assinatura reveladora de um buraco negro supermassivo errante - note o ponto brilhante deslocado do centro difuso da galáxia. Crédito: ciência - NASA, ESA, STScI, Yuhan Yao (UC Berkeley); processamento - Joseph DePasquale (STScI)

Um lampejo na noite

O buraco negro destruidor de estrelas denunciou-se a si próprio quando vários telescópios terrestres observaram um clarão tão brilhante como uma supernova. Mas, ao contrário de uma supernova, os astrónomos sabem que se trata de um buraco negro que come uma estrela, porque o clarão era muito quente e mostrava grandes linhas de emissão de hidrogénio, hélio, carbono, azoto e silício. O ZTF (Zwicky Transient Facility) no Observatório de Palomar do Caltech, com o seu telescópio de 1,2 metros que examina todo o céu norte de dois em dois dias, foi o primeiro a observar o evento.

"Os eventos de perturbação de marés são muito promissores para iluminar a presença de buracos negros massivos que de outra forma não conseguiríamos detetar", disse Ryan Chornock, professor adjunto associado da Universidade da Califórnia em Berkeley e membro da equipa ZTF. "Os teóricos previram que deve existir uma população de buracos negros massivos localizados longe dos centros das galáxias, mas agora podemos usar os TDEs para os encontrar".

O surto estava aparentemente afastado do centro de uma brilhante galáxia massiva, tal como catalogado pelo Pan-STARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System), pelo SDSS (Sloan Digital Sky Survey) e pelo levantamento DESI-LIS (Dark Energy Spectroscopic Instrument-Legacy Imaging Survey). Para melhor determinar que não se encontrava no centro da galáxia, a equipa de Yao utilizou o Observatório de raios X Chandra da NASA para confirmar que os raios X do local da explosão também estavam deslocados.

Foi necessário o poder de resolução do Hubble para dissipar quaisquer incertezas. A sensibilidade do Hubble à luz ultravioleta também lhe permite identificar a localização do TDE, que é muito mais azul do que o resto da galáxia.

Esta é uma imagem combinada do Telescópio Espacial Hubble e do Observatório de raios X Chandra de uma galáxia distante que alberga a assinatura reveladora de um buraco negro supermassivo errante. Ambos os telescópios captaram um evento de perturbação de marés causado pelo buraco negro a " "comer" uma estrela. Note que o brilhante ponto azulado está deslocado do centro difuso da galáxia. Crédito: ciência - NASA, ESA, STScI, Yuhan Yao (UC Berkeley); processamento - Joseph DePasquale (STScI)

Origem desconhecida

O buraco negro responsável pelo TDE está a vaguear o interior do bojo da galáxia massiva. O buraco negro só se torna aparente a cada poucas dezenas de milhares de anos, quando "arrota" depois de capturar uma estrela, e depois volta a ficar calmo até aparecer a sua próxima refeição.

Como é que o buraco negro se desviou do centro? Estudos teóricos anteriores mostraram que os buracos negros podem ser ejetados para fora do centro das galáxias devido a interações entre três corpos, em que o membro de menor massa é expulso. Pode ser este o caso, dada a proximidade do buraco negro furtivo ao buraco negro central. "Se o buraco negro passou por uma interação tripla com dois outros buracos negros no núcleo da galáxia, ainda pode permanecer ligado à galáxia, orbitando em torno da região central", disse Yao.

Uma explicação alternativa é que o buraco negro é o remanescente sobrevivente de uma galáxia mais pequena que se fundiu com a galáxia hospedeira há mais de mil milhões de anos. Se for esse o caso, o buraco negro poderá eventualmente entrar em espiral e fundir-se com o buraco negro ativo central num futuro muito distante. Por isso, atualmente, os astrónomos não sabem se está a chegar ou a partir.

Erica Hammerstein, outra investigadora pós-doutorada da Universidade da Califórnia em Berkeley, analisou as imagens do Hubble como parte do estudo, mas não encontrou qualquer evidência de uma fusão galáctica passada. Mas ela explicou: "Já há boas evidências de que as fusões de galáxias aumentam as taxas de TDEs, mas a presença de um segundo buraco negro na galáxia hospedeira de AT2024tvd significa que, em algum momento no passado desta galáxia, uma fusão deve ter acontecido".

Especializados em diferentes tipos de luz, observatórios como o Hubble e o Chandra trabalham em conjunto para identificar e compreender melhor acontecimentos efémeros como este. Os futuros telescópios que também serão otimizados para captar eventos transientes como este incluem o Observatório Vera C. Rubin da NSF (National Science Foundation) e o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA. Estes telescópios proporcionarão mais oportunidades para acompanhar observações do Hubble, de modo a determinar a localização exata de um evento transiente.

// NASA (comunicado de imprensa)
// Chandra/Harvard (comunicado de imprensa)
// Universidade da Califórnia em Berkeley (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (arXiv)

Quer saber mais?

AT2024tvd:
Transient Name Server

Evento de perturbação de marés:
Wikipedia

Buraco negro supermassivo:
Wikipedia

NGA (Núcleo Galáctico Ativo):
Wikipedia

Telescópio Espacial Hubble:
Hubble, NASA 
ESA
STScI
Base de dados do Arquivo Mikulski para Telescópios Espaciais
Arquivo de Ciências do eHST
Wikipedia

Observatório de raios X Chandra:
NASA
Universidade de Harvard
Wikipedia

VLA (Karl G. Jansky Very Large Array):
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NRAO
Wikipedia

ZTF (Zwicky Transient Facility):
Caltech
ipac
Wikipedia

Observatório Palomar:
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Wikipedia