Quando uma estrela passa muito perto de um buraco negro supermassivo, as forças da maré a destroem, produzindo um clarão de radiação quando o material da estrela cai no buraco negro. Os astrônomos estudam a luz desses “eventos de interrupção das marés” (TDEs) em busca de pistas sobre o comportamento alimentar dos buracos negros supermassivos à espreita nos centros das galáxias.
Novas observações TDE lideradas por astrônomos da UC Santa Cruz agora fornecem evidências claras de que os detritos da estrela formam um disco giratório, chamado de disco de acreção, ao redor do buraco negro. Teóricos têm debatido se um disco de acreção pode se formar de forma eficiente durante um evento de maré, e as novas descobertas, aceitas para publicação no Astrophysical Journal e disponíveis online, devem ajudar a resolver essa questão, disse a primeira autora Tiara Hung, pesquisadora pós-doutorada na UC Santa Cruz.
“Na teoria clássica, o flare TDE é alimentado por um disco de acreção, produzindo raios-x da região interna onde o gás quente entra em espiral no buraco negro”, disse Hung. “Mas para a maioria dos TDEs, não vemos os raios-x – eles brilham principalmente nos comprimentos de onda ultravioleta e óptico – então foi sugerido que, em vez de um disco, estamos vendo emissões da colisão de fluxos de detritos estelares.”
Os co-autores Enrico Ramirez-Ruiz, professor de astronomia e astrofísica da UCSC, e Jane Dai da Universidade de Hong Kong desenvolveram um modelo teórico, publicado em 2018, que pode explicar por que os raios X geralmente não são observados em TDEs, apesar da formação de um disco de acreção. As novas observações fornecem forte suporte para este modelo.
“Esta é a primeira confirmação sólida de que os discos de acreção se formam nesses eventos, mesmo quando não vemos os raios X”, disse Ramirez-Ruiz. “A região próxima ao buraco negro é obscurecida por um vento opticamente denso, então não vemos as emissões de raios-X, mas vemos a luz óptica de um disco elíptico estendido.”
Evidências reveladoras
A evidência reveladora de um disco de acreção vem de observações espectroscópicas. O co-autor Ryan Foley, professor assistente de astronomia e astrofísica na UCSC, e sua equipe começaram a monitorar o TDE (denominado AT 2018hyz) depois que ele foi detectado pela primeira vez em novembro de 2018 pelo All Sky Automated Survey for SuperNovae (ASAS-SN). Foley notou um espectro incomum ao observar o TDE com o Telescópio Shane de 3 metros no Observatório Lick da UC na noite de 1º de janeiro de 2019.
“Meu queixo caiu e eu soube imediatamente que isso seria interessante”, disse ele. “O que se destacou foi a linha de hidrogênio – a emissão do gás hidrogênio – que tinha um perfil de pico duplo diferente de qualquer outro TDE que tínhamos visto.”
Foley explicou que o pico duplo no espectro resulta do efeito Doppler, que muda a frequência da luz emitida por um objeto em movimento. Em um disco de acreção espiralando em torno de um buraco negro e visto em um ângulo, parte do material se moverá em direção ao observador, de modo que a luz que ele emite será deslocada para uma frequência mais alta e parte do material se moverá para longe do observador, sua luz mudou para uma frequência mais baixa.
“É o mesmo efeito que faz com que o som de um carro em uma pista de corrida mude de um tom alto quando o carro vem em sua direção, para um tom mais baixo quando passa e começa a se afastar de você”, disse Foley. “Se você está sentado nas arquibancadas, os carros de uma curva estão todos se movendo em sua direção e os carros da outra curva estão se afastando de você. Em um disco de acreção, o gás está se movendo ao redor do buraco negro de forma semelhante , e é isso que dá os dois picos no espectro.”
A equipe continuou a coletar dados nos meses seguintes, observando o TDE com vários telescópios conforme ele evoluía ao longo do tempo. Hung conduziu uma análise detalhada dos dados, o que indica que a formação do disco ocorreu de forma relativamente rápida, em questão de semanas após a ruptura da estrela. Os resultados sugerem que a formação do disco pode ser comum entre os TDEs detectados opticamente, apesar da raridade da emissão de pico duplo, que depende de fatores como a inclinação do disco em relação aos observadores.
“Acho que tivemos sorte com este”, disse Ramirez-Ruiz. “Nossas simulações mostram que o que observamos é muito sensível à inclinação. Há uma orientação preferencial para ver essas características de pico duplo e uma orientação diferente para ver as emissões de raios-X.”
Ele observou que a análise de Hung de observações de acompanhamento de múltiplos comprimentos de onda, incluindo dados fotométricos e espectroscópicos, fornece uma visão sem precedentes sobre esses eventos incomuns. “Quando temos espectros, podemos aprender muito sobre a cinemática do gás e obter uma compreensão muito mais clara do processo de acreção e o que está alimentando as emissões”, disse Ramirez-Ruiz.
Além de Hung, Foley, Ramirez-Ruiz e outros membros da equipe UCSC, os co-autores do artigo também incluem cientistas do Instituto Niels Bohr em Copenhagen (onde Ramirez-Ruiz detém uma cátedra Niels Bohr); Universidade de Hong Kong; Universidade de Melbourne, Austrália; Carnegie Institution for Science; e Space Telescope Science Institute.
As observações foram obtidas no Observatório Lick, no Observatório W. M. Keck, no telescópio Southern Astrophysical Research (SOAR) e no Telescópio Swope no Observatório Las Campanas no Chile. Este trabalho foi apoiado em parte pela National Science Foundation, pela Gordon and Betty Moore Foundation, pela David and Lucile Packard Foundation e pela Heising-Simons Foundation.
Publicado em 29/08/2020 08h53
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