Entre os fenómenos cósmicos mais intrigantes descobertos nas últimas décadas encontram-se breves e muito brilhantes clarões de luz azul e ultravioleta que desvanecem gradualmente, deixando para trás ténues emissões de raios X e rádio. Com pouco mais de uma dúzia de surtos descobertos até agora, os astrónomos têm debatido se estes são produzidos por um tipo invulgar de supernova ou por gás interestelar que cai num buraco negro.

A análise do surto mais brilhante até à data, descoberto no ano passado, mostra que não se trata de nenhuma destas situações.

Em vez disso, uma equipa de astrónomos liderada por investigadores da Universidade da Califórnia, em Berkeley, concluiu que estes chamados LFBOTs (Luminous Fast Blue Optical Transients) são causados por um evento de perturbação de marés extremo, em que um buraco negro com uma massa até 100 vezes superior à do nosso Sol destrói completamente a sua estrela massiva companheira em poucos dias.

A descoberta resolve um enigma de uma década, mas também ilustra as muitas variedades de calamidades estelares que os astrónomos encontram, cada uma com o seu espetro característico de luz - diferentes comprimentos de onda, diferentes intensidades - que evolui ao longo do tempo. A descoberta dos processos que produzem estas assinaturas de luz únicas testa os conhecimentos atuais sobre a física dos buracos negros e ajuda os astrónomos a compreender a evolução das estrelas no nosso Universo.

A massa inferida do buraco negro - numa gama por vezes designada por buracos negros de massa intermédia - é também intrigante para os astrónomos. Embora se saiba que existem buracos negros com mais de 100 massas solares, porque as suas fusões foram detetadas por experiências de ondas gravitacionais como o LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), nunca foram observados diretamente e a forma como atingem esta dimensão é ainda um mistério. O estudo deste fenómeno e de outros semelhantes poderá esclarecer o ambiente estelar em que os grandes buracos negros evoluem juntamente com uma companheira estelar massiva.

"Os teóricos criaram muitas formas de explicar como é que estes grandes buracos negros surgem, para explicar o que o LIGO vê", disse Raffaella Margutti, professora associada de astronomia e física da Universidade de Berkeley. "Os LFBOTs permitem-nos abordar esta questão de um ângulo completamente diferente. Também nos permitem caracterizar o local exato onde estas coisas se encontram dentro da sua galáxia hospedeira, o que acrescenta mais contexto na tentativa de compreender como acabamos por ter esta configuração - um buraco negro muito grande e uma companheira".

Os LFBOTs receberam este nome porque são brilhantes - são visíveis a distâncias de centenas de milhões a milhares de milhões de anos-luz - e duram apenas alguns dias, produzindo luz altamente energética que vai desde o azul do espetro ótico até ao ultravioleta e aos raios X. O primeiro foi visto em 2014, mas o primeiro com dados suficientes para análise foi registado em 2018 e, de acordo com a convenção de nomenclatura padrão, foi chamado AT2018cow. O nome levou os investigadores a referirem-se a ele como "A Vaca", e os LFBOTs subsequentes receberam as alcunhas de "O Coala" (ZTF18abvkwla), "Diabo da Tasmânia" (AT2022tsd) e "O Finch" (AT2023fhn).

O mais recente LFBOT, denominado AT 2024wpp ("O Pica-pau", talvez?), é analisado em dois artigos científicos recentemente aceites pela revista The Astrophysical Journal Letters. Nayana A.J., pós-doutorada da UC Berkeley, é a primeira autora de uma análise das emissões de raios X e rádio de AT 2024wpp, enquanto Natalie LeBaron, aluna de Berkeley, é a primeira autora de uma análise das emissões óticas, ultravioleta e no infravermelho próximo. Margutti é a autora sénior de ambos os artigos científicos.

Os LFBOTs são verdadeiros monstros cósmicos, alimentados pela destruição de uma estrela massiva por um buraco negro com a massa de 100 sóis. Um LFBOT descoberto no ano passado, AT 2024wpp, forneceu os dados de que os astrónomos necessitavam para determinar a origem destes surtos. Este gráfico explica como a estrela destruída interagiu com o disco de acreção já existente à volta do buraco negro para produzir as enormes quantidades de energia irradiadas em comprimentos de onda altamente energéticos. Crédito: Raffaella Margutti/UC Berkeley

A constatação de que o surto transiente não poderia ter resultado de uma supernova veio depois de os investigadores terem calculado a energia emitida. A energia emitida foi 100 vezes superior à que seria produzida numa supernova normal, que exigiria a conversão de cerca de 10% da massa restante da estrela em energia numa escala de tempo muito curta, meras semanas.

"A quantidade de energia irradiada por estes surtos é tão grande que não é possível alimentá-las com o colapso e com a explosão de uma estrela massiva - ou qualquer outro tipo de explosão estelar normal", disse LeBaron. "A principal mensagem de AT 2024wpp é que o modelo com que começámos está errado. Não é definitivamente causado pela explosão de uma estrela".

Os investigadores colocam a hipótese de que a luz intensa e altamente energética emitida durante este evento de perturbação de marés extremo foi uma consequência da longa história parasitária do sistema binário com buraco negro. De acordo com a reconstrução desta história, o buraco negro tem estado a sugar material da sua companheira há muito tempo, envolvendo-se completamente num halo de material demasiado distante do buraco negro para este poder engolir.

Então, quando a estrela companheira finalmente se aproximou demasiado e foi despedaçada, o novo material foi arrastado para um disco giratório de detritos, chamado disco de acreção, e bateu contra o material existente, gerando raios X, radiação UV e luz azul. Grande parte do gás da companheira também acabou por rodopiar em direção aos polos do buraco negro, onde foi ejetado como um jato de material. Os investigadores calcularam que os jatos viajavam a cerca de 40% da velocidade da luz e geravam ondas de rádio quando encontravam o gás circundante.

A massa estimada da estrela companheira que foi destruída era mais de 10 vezes superior à massa do Sol. Pode ter sido o que é conhecido como uma estrela Wolf-Rayet, que são muito quentes e evoluídas, tendo já usado muito do seu hidrogénio. Isto explicaria a fraca emissão de hidrogénio de AT 2024wpp.

Como a maioria dos LFBOTs, AT 2024wpp está localizado numa galáxia com formação estelar ativa, pelo que são esperadas estrelas grandes e jovens como estas. AT 2024wpp está a 1,1 mil milhões de anos-luz de distância e é entre cinco e 10 vezes mais luminosa do que AT2018cow.

Foi utilizada uma grande coleção de telescópios para medir os vários comprimentos de onda da luz emitida pelo LFBOT. Estes incluem três telescópios de raios X, o Chandra, o Swift e o NuSTAR; radiotelescópios como o ALMA e o ATCA (Australia Telescope Compact Array); e telescópios óticos terrestres, incluindo os Observatórios Keck, Lick e Gemini.

Uma vez que os LFBOTs produzem grandes quantidades de radiação UV, os investigadores aguardam com expetativa o lançamento de dois telescópios UV planeados - ULTRASAT e UVEX - nos próximos anos. Estes telescópios serão fundamentais para descobrir e caracterizar rapidamente mais LFBOTs antes de atingirem o pico de brilho, permitindo aos astrónomos sondar sistematicamente a diversidade dos seus ambientes e sistemas progenitores.

"Atualmente, encontramos apenas cerca de um LFBOT por ano. Mas quando tivermos telescópios UV no espaço, então encontrar LFBOTs tornar-se-á rotina, tal como acontece atualmente com a deteção de surtos de raios gama", disse Nayana A.J.

// Universidade da Califórnia em Berkeley (comunicado de imprensa)
// Chandra/Harvard (comunicado de imprensa)
// NOIRLab (comunicado de imprensa)
// NRAO (comunicado de imprensa)
// Artigo científico #1 (The Astrophysical Journal Letters)
// Artigo científico #2 (arXiv)

Quer saber mais?

CCVAlg - Astronomia:
21/11/2023 - Com erupções sem precedentes, um "cadáver" estelar dá sinais de vida
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29/05/2020 - Astrónomos descobrem nova classe de explosões bizarras

AT 2024wpp:
Transient Name Server

LFBOTs (Luminous Fast Blue Optical Transient):
Wikipedia

Buracos negros:
Wikipedia
Buraco negro de massa intermédia (Wikipedia)

Evento de perturbação de marés:
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Observatório de raios X Chandra:
NASA
Universidade de Harvard
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Observatório Neil Gehrels Swift:
NASA
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NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array):
NASA
Caltech
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ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array):
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ALMA (NRAO)
ALMA (ESO)
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ATCA (Australia Telescope Compact Array):
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Observatório W. M. Keck:
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Observatório Lick:
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Observatório Internacional Gemini:
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