Aproximadamente a cada 114 dias, quase como um relógio, uma galáxia a 570 milhões de anos-luz se acende como um fogo de artifício. Desde pelo menos 2014, nossos observatórios registram esse estranho comportamento; agora, os astrônomos juntaram as peças para descobrir por quê.
No centro da galáxia espiral, chamada ESO 253-G003, um buraco negro supermassivo está sendo orbitado por uma estrela que, a cada 114 dias, oscila perto o suficiente para que parte de seu material seja sugado, causando um clarão de luz brilhante através vários comprimentos de onda. Então, ele se afasta, sobrevivendo para ser sugado novamente em sua próxima aproximação.
Por causa da regularidade das chamas, os astrônomos apelidaram a galáxia de “Old Faithful”, como o gêiser no Parque Nacional de Yellowstone.
“Estas são as erupções de múltiplos comprimentos de onda recorrentes mais previsíveis e frequentes que vimos do núcleo de uma galáxia e nos dão uma oportunidade única de estudar este Old Faithful extragaláctico em detalhes”, disse a primeira autora do estudo, a astrônoma Anna Payne, da Universidade do Havaí em M?noa.
“Acreditamos que um buraco negro supermassivo no centro da galáxia cria as explosões ao consumir parcialmente uma estrela gigante em órbita.”
Os flares foram detectados pela primeira vez em novembro de 2014, coletados pelo All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN). Na época, os astrônomos pensaram que o brilho era uma supernova ocorrendo no ESO 253-G003.
Mas em 2020, quando Payne estava examinando os dados ASAS-SN no ESO 253-G003, ela encontrou outro flare no mesmo local. E outro. E outro.
No total, ela identificou 17 flares, com intervalos de aproximadamente 114 dias. Ela e sua equipe previram que a galáxia iria queimar novamente em 17 de maio, 7 de setembro e 26 de dezembro de 2020 – e eles estavam certos.
Eles chamaram o flare repetido de ASASSN-14ko, e essas previsões precisas significaram que eles foram capazes de fazer observações novas e mais detalhadas do flare de maio com o poderoso telescópio TESS da NASA. Observações anteriores de outros instrumentos também forneceram dados em uma faixa de comprimentos de onda.
“O TESS forneceu uma imagem muito completa dessa explosão em particular, mas por causa da forma como a missão imagina o céu, ela não pode observar todos eles”, disse o astrônomo Patrick Vallely, da Ohio State University. “ASAS-SN coleta menos detalhes sobre explosões individuais, mas fornece uma linha de base mais longa, o que foi crucial neste caso. As duas pesquisas se complementam.”
Mas uma supernova explode apenas uma vez e depois desaparece, uma vez que tal evento destrói a estrela de origem; portanto, o que quer que estivesse causando as erupções de luz em comprimentos de onda ópticos, ultravioleta e de raios-X, tinha que ser outra coisa.
Um buraco negro supermassivo emitindo flares regulares enquanto ataca uma estrela em órbita não é inédito – um foi identificado no ano passado, em um cronograma de queima de nove horas – mas o caso não era tão simples com o ESO 253-G003.
Isso porque o ESO 253-G003 é na verdade duas galáxias nos estágios finais de fusão, o que significa que deve haver dois buracos negros supermassivos em seu centro.
Pesquisas recentes mostraram que dois buracos negros supermassivos em interação podem causar queima repetida, mas os objetos no centro do ESO 253-G003 são considerados muito distantes para interagir dessa forma.
Outra possibilidade levantada foi uma estrela se chocando com um disco de acreção de material girando em torno e alimentando um dos buracos negros. Isso também tinha que ser descartado. À medida que a estrela se chocava com o disco em diferentes locais e ângulos, as formas de seus flares deveriam ser diferentes – mas as observações mostraram que os flares do ESO 253-G003 eram muito parecidos.
A terceira possibilidade era a interrupção parcial repetida da maré, onde um objeto massivo maior repetidamente retira material de um objeto orbital menor.
Se uma estrela estivesse em uma órbita excêntrica de 114 dias ao redor do buraco negro, sua aproximação próxima, ou periastro, poderia vê-la virando perto o suficiente para ter o material arrancado antes de se afastar novamente.
Quando esse material colide com o disco de acreção, ele causa uma erupção. E é isso que parece estar acontecendo.
Com esse cenário em mente, a equipe analisou as observações. Eles analisaram a curva de luz de cada flare e também os compararam a outros eventos conhecidos de interrupção de maré em buracos negros. E eles determinaram que a estrela estava provavelmente orbitando um buraco negro supermassivo com 78 milhões de massas solares.
A cada aproximação mais próxima, a estrela perdendo cerca de 0,3 por cento da massa do Sol – cerca de três Júpiteres – para o buraco negro seria o suficiente para causar as erupções observadas e permitir que a estrela continuasse viva.
“Se uma estrela gigante com um envelope fofo vagar perto, mas não muito perto, em uma órbita muito alongada, então o buraco negro pode roubar parte do material externo sem rasgar a estrela inteira.” disse o astrônomo Benjamin Shappee, do Instituto de Astronomia da Universidade do Havaí. “Nesse caso, a estrela gigante continuará retornando continuamente até que a estrela se esgote.”
Não está claro há quanto tempo a estrela e o buraco negro mantêm essa dança, o que torna difícil calcular quanto tempo resta para a estrela. Mas a equipe previu quando ocorrerão as próximas duas chamas – em abril e agosto deste ano – e tem planos de fazer ainda mais observações.
Representa uma oportunidade extremamente rara de entender a acumulação de massa de buracos negros supermassivos.
“Em geral, realmente queremos entender as propriedades desses buracos negros e como eles crescem”, disse o astrônomo Kris Stanek, da Ohio State University. “A capacidade de prever exatamente o momento do próximo episódio nos permite obter dados que não poderíamos de outra forma, e já estamos obtendo esses dados.”
A pesquisa foi apresentada no 237º encontro da American Astronomical Society. Também será submetido ao The Astrophysical Journal e está disponível no arXiv.
Publicado em 16/01/2021 02h04
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