ASASSN-14li: fluxos de raios-X revelam a desintegração de uma estrela por um buraco negro supermassivo

Ilustração de matéria em acrecção espiralando atraída por buraco negro supermassivo. Créditos: XMM-Newton / ESA/C. Carreau

Novos detalhes sobre o que acontece quando um buraco negro despedaça uma estrela foram recolhidos por um trio de telescópios de raios-X em órbita da Terra. Tais observações fornecem aos cientistas uma oportunidade extraordinária para entender o complexo ambiente extremo em torno de um buraco negro.

Quando uma estrela passa muito próxima de um buraco negro, a gravidade intensa do buraco negro gera forças de maré que podem destroçar a estrela. Nestes eventos, denominados como “rupturas por maré”, alguns dos escombros estelares são arremessados para fora a altas velocidades, enquanto que o resto cai na direção do buraco negro. Isto provoca uma erupção distinguível em raios-X que pode durar alguns anos.

Os observatórios de Raios-X Chandra, SWIFT e XMM-Newton coletaram peças diferentes deste quebra-cabeças astronômico analisando a ‘ruptura por maré’ denominada ASASSN-14li, originalmente descoberta na pesquisa ótica pelo programa de rastreamento ASAS-SN (All-Sky Automated Survey for Supernovae) em novembro de 2014.

O evento ocorreu nas vizinhanças de um buraco negro supermassivo, cuja massa foi estimada em alguns milhões de vezes a massa do Sol. O buraco negro está localizado no centro da galáxia PGC 043234, que reside a cerca de 290 milhões de anos-luz da Terra. Isto torna este evento de ‘ruptura por maré’ o mais próximo de nós descoberto na última década.

Jon Miller, membro da Universidade de Michigan, Ann Arbor, EUA, líder do estudo cujo artigo foi publicado na revista Nature, explicou:

Nós temos observado evidências de um punhado de ‘rupturas por maré’ ao longo dos anos e desenvolvemos uma série de ideias sobre o que está acontecendo. Esta é a melhor chance que tivemos, até agora, para realmente entender o que ocorre quando um buraco negro desintegra uma estrela.

Depois da estrela ser destroçada, a imensa força gravitacional do buraco negro atrai a maior parte dos restos estelares em sua direção. Estes escombros são comprimidos e aquecidos até temperaturas da ordem de milhões de graus, gerando assim uma descomunal quantidade de raios-X. Pouco depois deste aumento súbito da emanação de raios-X, a quantidade de radiação diminui à medida que o material cai dentro do horizonte de eventos do buraco negro, o ponto além do qual nenhuma luz pode mais escapar.

Em geral a matéria cai na direção do buraco negro espiralando, formando um disco. Mas o modo como este processo efetivamente começa tem permanecido um mistério. Em ASASSN-14li, os astrônomos foram capazes de testemunhar a formação de tal disco ao observar os raios-X em diferentes comprimentos de onda (conhecido como o “espectro de raios-X”) e rastrear como as radiações mudaram ao longo do tempo.

Impressão artística da ‘ruptura por maré’ ASASSN-14li. Crédito: NASA/CXC/U. Michigan/J. Miller et al.; ilustração por NASA/CXC/M. Weiss

Os investigadores determinaram que os raios-X são produzidos pelo material que está muito perto do horizonte de eventos do buraco negro ou até mesmo girando na órbita estável de menor raio possível ao redor do buraco negro.

O co-autor Jelle Kaastra, membro do Instituto para Pesquisa Espacial nos Países Baixos, esclareceu:

O buraco negro rasga a estrela e começa a engolir material muito rapidamente, mas esse não é esse o fim da história. O buraco negro não pode manter esse ritmo de alimentação e por isso ejeta parte do material para fora.

Os dados da assinatura em raios-X sugerem também a presença de um vento de partículas que se afasta do buraco negro. Aparentemente, esse vento não é rápido o suficiente para escapar da atração gravitacional do buraco negro. Uma explicação alternativa para a relativamente baixa velocidade é que o gás da estrela despedaçada segue uma órbita elíptica em redor do buraco negro e que está à distância máxima do buraco negro onde pode viajar o mais lento possível.

Cole Miler, co-autor da Universidade de Maryland em College Park, concluiu:

Estes resultados suportam algumas das nossas ideias mais recentes para a estrutura e evolução dos eventos de ruptura por maré. No futuro, as rupturas por maré podem fornecer-nos laboratórios para estudar os efeitos da gravidade extrema.

Os astrônomos esperam encontrar mais eventos como o observado em ASASSN-14li, estudando cenários que possam usar para testar modelos teóricos sobre como os buracos negros afetam os seus ambientes e quaisquer objetos que possam passar próximo deles.

Fontes

ESA: BLACK HOLE CAUGHT FEASTING ON A STAR

NASA: Destroyed Star Rains Onto Black Hole, Winds Blow It Back

APOD: Massive Black Hole Shreds Passing Star – Crédito do Vídeo: NASA‘s Goddard Space Flight Center, CI Lab

Artigo Científico

Nature: Flows of X-ray gas reveal the disruption of a star by a massive black hole

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