Explosão de buraco negro supera 10 trilhões de sóis
As estrelas mais massivas do universo normalmente terminam suas vidas em explosões espetaculares conhecidas como supernovas antes de colapsar em buracos negros. Mas uma enorme estrela parece ter encontrado um destino muito diferente. Em vez de explodir, ela se aproximou demais de um imenso buraco negro, que a despedaçou e a consumiu pedaço por pedaço….
As estrelas mais massivas do universo normalmente terminam suas vidas em explosões espetaculares conhecidas como supernovas antes de colapsar em buracos negros. Mas uma enorme estrela parece ter encontrado um destino muito diferente. Em vez de explodir, ela se aproximou demais de um imenso buraco negro, que a despedaçou e a consumiu pedaço por pedaço.
Esse cenário explica melhor os achados de um novo estudo publicado na Nature Astronomy, que descreve o flares de energia mais poderoso e mais distante já registrado de um buraco negro supermassivo. O objeto foi primeiramente detectado em 2018 pelo Zwicky Transient Facility (ZTF), um levantamento do céu financiado pela Fundação Nacional de Ciências dos EUA (NSF) e operado no Observatório Palomar da Caltech. Ele também foi acompanhado pelo Catalina Real-Time Transient Survey, outro projeto financiado pela NSF da Caltech. O flare se iluminou dramaticamente — por um fator de 40 em questão de meses — e, em seu pico, foi 30 vezes mais luminoso do que qualquer flare de buraco negro observado anteriormente. Em sua máxima intensidade, brilhou com a luz de 10 trilhões de sóis.
Um Vislumbre do Início do Universo
O buraco negro responsável é um núcleo galáctico ativo (AGN), um tipo de buraco negro que se alimenta ativamente da matéria circundante. Conhecido como J2245+3743, esse AGN é estimado em ter uma massa 500 milhões de vezes maior que a do Sol e está localizado a cerca de 10 bilhões de anos-luz da Terra. Como a luz leva tempo para viajar por tais vastas distâncias, os astrônomos estão vendo esse evento como ocorreu quando o universo ainda era jovem.
“A energia mostra que este objeto está muito longe e é muito brilhante,” diz Matthew Graham, autor principal do estudo e professor de astronomia na Caltech. “Este é um AGN como nunca vimos antes.”
Embora o flare esteja gradualmente diminuindo, os astrônomos continuam a observá-lo. O tempo passa de maneira diferente a essas distâncias — um fenômeno conhecido como dilatação do tempo cosmológico. Como explica Graham, “À medida que a luz viaja através do espaço em expansão para nos alcançar, seu comprimento de onda se estica, assim como o tempo em si.” Por causa disso, levantamentos de longo prazo, como o ZTF e o Catalina, são cruciais. “Sete anos aqui são dois anos lá. Estamos assistindo ao evento se desenrolar em velocidade reduzida,” ele acrescenta.
A Estrela que Foi Despedaçada
Para descobrir o que poderia ter causado essa extraordinária explosão, os pesquisadores testaram várias possibilidades e determinaram que a causa mais provável é um evento de disrupção de maré (TDE). Um TDE ocorre quando uma estrela se aproxima demais de um buraco negro supermassivo e é despedaçada por sua imensa gravidade. O material da estrela é gradualmente atraído e consumido. Como o flare de J2245+3743 ainda é visível, os astrônomos acreditam que o buraco negro está em meio ao seu “refeição”, “como um peixe que está apenas metade na garganta da baleia”, diz Graham.
Se essa explicação estiver correta, a estrela condenada tinha pelo menos 30 vezes a massa do Sol. O antigo recordista do TDE mais massivo conhecido — um evento apelidado de Scary Barbie — foi cerca de 30 vezes mais fraco e envolveu uma estrela com apenas três a dez vezes a massa do Sol.
Um Evento Raro Dentro de um Dispositivo de Alimentação de Buraco Negro
Mais de 100 TDEs conhecidos não ocorreram dentro de sistemas AGN, que já são cercados por densos discos giratórios de material que alimentam o buraco negro central. Esses ambientes brilhantes geralmente escondem outros eventos, tornando os TDEs difíceis de detectar. No entanto, o brilho intenso de J2245+3743 fez com que se destacasse claramente.
Inicialmente, os astrônomos não notaram nada de incomum. Quando o objeto foi identificado pela primeira vez em 2018, espectros obtidos com o Telescópio Hale de 200 polegadas no Observatório Palomar não mostraram características especiais. Mas em 2023, o flare estava diminuindo mais lentamente do que o esperado. Um espectro de acompanhamento do Observatório W. M. Keck no Havai revelou a extrema luminosidade do AGN.
Confirmando o Flare Mais Brilhante Já Registrado
“No início, era importante estabelecer que este objeto extremo era realmente tão brilhante,” diz K. E. Saavik Ford, coautor do estudo, da Cidade Universidade de Nova York (CUNY) Graduate Center, Borough of Manhattan Community College, e do Museu Americano de História Natural (AMNH). Ford explica que uma das alternativas era que a luz do flare estivesse sendo direcionada diretamente para a Terra, mas dados da antiga missão Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) da NASA descartaram essa possibilidade. Com outras opções eliminadas, a equipe concluiu que J2245+3743 representa o flare de buraco negro mais brilhante já observado.
“Se você converter nosso Sol inteiro em energia, usando a famosa fórmula de Albert Einstein E = mc², é essa a quantidade de energia que tem sido liberada por esse flare desde que começamos a observá-lo,” nota Ford.
A Destruição de uma Estrela sem Igual às Supernovas
Depois de verificar a intensidade recorde do flare, os pesquisadores exploraram sua origem. “Supernovas não são brilhantes o suficiente para explicar isso,” diz Ford. A explicação mais consistente é de um buraco negro supermassivo despedaçando lentamente uma colossal estrela.
“Estrelas tão massivas são raras,” continua Ford, “mas acreditamos que estrelas dentro do disco de um AGN podem crescer maiores. O material do disco é despejado sobre estrelas, fazendo com que elas aumentem sua massa.”
Buscando mais Gigantes Cósmicos
A descoberta de um buraco negro devorando uma estrela tão massiva sugere que eventos semelhantes podem estar ocorrendo em outras partes do universo. A equipe de pesquisa planeja examinar mais dados do ZTF para localizar outros exemplos, e futuros observatórios, como o Vera C. Rubin Observatory, financiado pela NSF e pelo Departamento de Energia, também podem descobrir mais TDEs grandes.
“Nunca teríamos encontrado este evento raro no primeiro lugar se não fosse pelo ZTF,” diz Graham. “Estamos observando o céu com o ZTF há sete anos, então quando vemos qualquer coisa brilhar ou mudar, podemos ver o que aconteceu no passado e como isso evoluirá.”
A Equipe por Trás da Descoberta
O estudo, intitulado “Um Flare Extremamente Luminoso Registrado de um Buraco Negro Supermassivo”, foi apoiado pela NSF, pela Fundação Simons, pela NASA e pela Fundação de Pesquisa da Alemanha. Os co-autores incluem pesquisadores da Caltech Andrew Drake, Yuanze Ding (MS ’25), Mansi Kasliwal (PhD ’11), Sam Rose, Jean Somalwar (agora pós-doutorando na UC Berkeley), George Djorgovski, Shri Kulkarni e Ashish Mahabal; Tracy Chen e Steven Groom do centro de astronomia IPAC da Caltech; e Daniel Stern do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA (gerido pela Caltech). Contribuições adicionais incluem Barry McKernan (CUNY Graduate Center, Borough of Manhattan Community College e AMNH); Matteo Cantiello (Flatiron Institute e Princeton University); Mike Koss (Eureka Scientific); Raffaella Margutti (UC Berkeley); Phil Wiseman (Universidade de Southampton, Reino Unido); Patrik Veres (Universidade de Ruhr, Alemanha); e Eric Bellm (Universidade de Washington).
O ZTF da Caltech é financiado pela NSF e parceiros internacionais, com apoio adicional da Fundação Heising-Simons e da Caltech. Os dados são processados e arquivados pelo IPAC da Caltech, e a NASA financia a busca por objetos próximos à Terra por meio de seu programa de Observações de Objetos Próximos à Terra.
