Na pesquisa eROSITA de todo o céu, os cientistas do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) encontraram um evento repetitivo interessante. Em uma galáxia quiescente, uma explosão de raios-X se repete a cada 220 dias, indicando que uma estrela orbitando o buraco negro central “alimenta” o monstro da gravidade em órbitas subsequentes. Tais eventos podem ser ferramentas eficazes para explorar o processo de acreção e o campo gravitacional em torno de buracos negros supermassivos em outras galáxias.
A maioria das galáxias abriga um buraco negro supermassivo em seu centro, e as observações sugerem um crescimento simbiótico do buraco negro central e da galáxia hospedeira. Esses estudos concentram-se principalmente em galáxias “ativas”, ou seja, aquelas onde o buraco negro central acumula persistentemente grandes quantidades de matéria, que se aquece e brilha intensamente. No entanto, essas galáxias ativas (ou núcleos galácticos ativos, AGN) são amplamente superadas em número por galáxias quiescentes, nas quais é muito mais difícil inferir a presença do buraco negro supermassivo nuclear.
Ocasionalmente, uma estrela pode vagar muito perto do buraco negro central em uma galáxia e ser perturbada por suas fortes forças de maré, no chamado “evento de ruptura de maré”. Esses eventos resultam na perda de material da estrela para o buraco negro, aumentando temporariamente a taxa de abastecimento do monstro da gravidade e produzindo uma explosão de raios-X à medida que a matéria estelar é consumida.
Ocorrendo aproximadamente uma vez a cada 10.000 anos por galáxia, os eventos de ruptura das marés são raros, e os candidatos mais observados até o momento são eventos pontuais que mostram apenas um único surto devido à destruição da estrela. Recentemente, foram relatados alguns transientes que mostram erupções periódicas ou repetidas. Isso pode ser devido a estrelas que tiveram a sorte de sobreviver ao primeiro encontro. Em vez de ser interrompido completamente, o remanescente orbita o buraco negro supermassivo, perdendo partes de suas camadas externas e alimentando o buraco negro a cada passagem.
“Esses eventos repetidos de interrupção parcial podem ser ferramentas eficazes para explorar o processo de acreção em torno de buracos negros supermassivos”, aponta Zhu Liu, principal autor do estudo do MPE. “Com o eROSITA, encontramos um transiente nuclear repetitivo muito intrigante em uma galáxia quiescente”.
Durante sua pesquisa de todo o céu, o telescópio de raios X eROSITA observou cada posição no céu várias vezes, descobrindo assim transientes de alta energia em galáxias que não mostravam assinaturas de atividade anterior em seus centros. A nova fonte, J0456-20, descoberta em fevereiro de 2021, está localizada em uma galáxia quiescente a cerca de 1 bilhão de anos-luz de distância. É uma das fontes de raios-X mais variáveis vistas pelo eROSITA, com o fluxo de raios-X caindo por um fator de 100 em uma semana.
No total, os astrônomos observaram três ciclos completos de explosões repetidas de raios-X da fonte, com um tempo de recorrência de cerca de 220 dias. Observações ópticas de acompanhamento mostraram uma galáxia quiescente típica, enquanto as explosões repetidas de raios-X sugerem fortemente um evento repetido de interrupção parcial das marés.
“Estimamos que a estrela que orbita o buraco negro perdeu o equivalente a 5%, 1,5% e 0,5% da massa do nosso Sol em sua primeira, segunda e terceira visita, respectivamente”, explica Adam Malyali, pós-doutorando do MPE. “Essas perdas são pequenas o suficiente para que a estrela sobreviva a vários episódios de interrupção parcial”.
Por meio de uma colaboração com a instalação australiana da ATCA, os cientistas também descobriram uma emissão de rádio transiente de J0456-20, indicando o lançamento de um fluxo de gás ou um jato. Juntamente com a evolução característica dos raios X, há evidências convincentes de mudanças na estrutura do disco de acreção em torno do buraco negro supermassivo.
“Mais observações de acompanhamento são necessárias para definir os detalhes exatos dos processos físicos”, diz Andrea Merloni, investigador principal da eROSITA. “No entanto, a descoberta deste evento repetido de raios-X já fornece evidências sólidas de que existem estrelas em órbitas estreitamente ligadas em torno de buracos negros supermassivos além da nossa própria galáxia, a Via Láctea. Estes oferecem laboratórios ideais para testar a Relatividade Geral no regime de campo forte.”
A eROSITA já encontrou outras fontes repetidas de raios X, por exemplo, duas erupções quase periódicas no AGN. No futuro, os cientistas esperam descobrir mais eventos com o eROSITA e a próxima missão Einstein Probe.
Publicado em 20/01/2023 17h30
Artigo original:
Estudo original: