Novo tipo de explosão espacial revela o nascimento de um buraco negro

ESO/WFI, MPIfR/APEX/A. Weiss et al., NASA/CXC/CfA/R. Kraft et al.

O poder de um buraco negro supermaciço pode ser visto nesta imagem de Centauro A, um dos núcleos galáticos ativos mais próximos da Terra

Astrônomos, em 2018, ficaram chocados ao encontrar uma explosão bizarra em uma galáxia a 200 milhões de anos-luz de distância. Não era como qualquer supernova normal vista até então, era mais breve e mais brilhante. O evento recebeu uma designação oficial, AT2018cow, mas logo ganhou um apelido: a Vaca.

O evento de curta duração — conhecido como transiente — desafiava explicações. Alguns pensaram que poderia ser uma estrela sendo dilacerada por um buraco negro próximo, mas outros preferiam um cenário de “supernova falida”, onde um buraco negro literalmente come uma estrela de dentro para fora. Para saber com certeza, eles precisavam encontrar mais eventos parecidos com Vacas.

Mais de dois anos depois, eles encontraram um.

A partir de 12 de outubro de 2020, os telescópios observaram algo assim em uma galáxia a 3 bilhões de anos-luz de distância que tornou-se incrivelmente brilhante e depois desapareceu. O comportamento foi quase idêntico ao da Vaca, relataram astrônomos em um artigo publicado no site de pré-impressão online arXiv.org na semana passada, levando a conclusão que deve ser o mesmo tipo de evento. Seguindo a tradição, ele recebeu seu próprio nome inspirado em animais: o Camelo.

“É realmente emocionante”, disse Deanne Coppejans, astrofísica da Northwestern University. “A descoberta de um novo transiente como o AT2018cow mostra que ele não é totalmente incomum. É um novo tipo de transiente que estamos analisando.”

A vaca foi uma total surpresa, e os astrônomos não tinham certeza do que estavam vendo quando surgiu. O Camelo, em contraste, era como um ladrão acionando um novo sistema de alarme. “Fomos capazes de perceber o que ele era poucos dias depois de explodir”, disse Daniel Perley, astrofísico da Liverpool John Moores University que liderou o novo estudo. “E temos muitos dados de acompanhamento.”

Quatro dias depois, a equipe usou telescópios nas Ilhas Canárias e no Havaí para obter dados vitais sobre suas propriedades. Posteriormente, eles enviaram um alerta para outros astrônomos em um serviço chamado Astronomer’s Telegram.

O evento recebeu duas designações. Um, AT2020xnd, veio de um catálogo global de todos os transientes, e o outro, ZTF20acigmel, veio do Zwicky Transient Facility, o telescópio onde foi descoberto. A equipe transformou o último em seu apelido “Camelo”.

Como seu antecessor, o Camelo mostrou brilho extremo em pouco tempo, atingindo seu pico em dois ou três dias. Ele ficou cerca de 100 vezes mais brilhante do que qualquer tipo normal de supernova. Em seguida, escureceu rapidamente em um processo que durou apenas alguns dias, em vez de semanas. “Ele desaparece muito rápido e, ao mesmo tempo, permanece quente”, disse Perley.

Antes dessa descoberta, os astrônomos vasculharam os dados históricos para encontrar dois eventos semelhantes à Vaca, o “Coala” e o CSS161010 , mas o Camelo é o primeiro a ser observado em tempo real e, portanto, estudado em detalhes desde a vaca.

Os quatro eventos têm propriedades semelhantes. Eles ficam brilhantes rapidamente, depois apagam rapidamente. Eles também são quentes, o que os faz parecerem azuis. Mas esses “transientes óticos azuis rápidos” não são idênticos.

“A própria explosão e o tipo de comportamento após a morte do zumbi são bastante semelhantes”, disse Anna Ho, uma astrofísica da Universidade da Califórnia em Berkeley, que descobriu o Coala e fez parte da equipe de descoberta do Camelo. Todos os eventos parecem ser algum tipo de explosão de uma estrela que colide com gás e poeira próximos. “Mas o estágio de colisão em que você vê a explosão colidir com o material no ambiente, mostrou alguma variação na quantidade de material espalhado e na velocidade em que a onda de choque da explosão está atingindo o material.”

A ideia principal no momento é a hipótese da supernova falida. O processo começa quando uma estrela massiva com cerca de 20 vezes a massa do nosso Sol chega ao fim de sua vida e esgota seu combustível. Seu núcleo então entra em colapso , começando o que normalmente seria uma supernova comum, onde o material em queda para o interno da estrela é expulso para fora, deixando para trás um objeto denso chamado estrela de nêutrons.

Mas em casos como o Camelo e a Vaca, “algo incomum acontece no processo de colapso do núcleo”, disse Perley. “O que afirmamos é que, em vez de se transformar em uma estrela de nêutrons, ela entrou em colapso [se transformando] direto em um buraco negro, e a maior parte da estrela caiu no buraco negro.”

Conforme o buraco negro devora as camadas externas da estrela, ele começa a girar rapidamente, produzindo jatos poderosos emotidos dos pólos. Nós vimos a explosão de luz causada pelos jatos conforme eles rompem as camadas externas.

Outras ideias também foram propostas, como um evento onde um buraco negro de massa intermediária estraçalha o material de uma estrela em órbita, mas essa ideia não é amplamente aceita. “Foi uma ideia exótica”, disse Brian Metzger, astrofísico teórico da Universidade de Columbia. “Estou menos inclinado a acreditar em coisas mais exóticas.”

O que é empolgante sobre o Camelo é que os astrônomos foram capazes de coletar rapidamente mais dados, incluindo dados de rádio e raios-x. Isso pode ser muito útil para descobrir as causas desses eventos, disse Stephen Smartt, astrônomo da Queen’s University Belfast que foi o primeiro a avistar a Vaca em 2018.

“Os dados que temos [do Camelo] quase imitam o objeto de 2018”, disse ele. “Isso nos dá alguma confiança de que poderíamos encontrar [mais desses] objetos e descobrir o que eles podem ser.”

Ho disse que agora isso deve ser possível, graças às melhorias nas técnicas de observação que tornam esses eventos mais fáceis de detectar. “Inicialmente, estávamos apenas procurando eventos que se iluminaram muito rapidamente”, disse ela. “Desde então, aprendemos que objetos parecidos com Vacas não só brilham muito rapidamente, mas também apagam muito rapidamente.”

A esperança agora é que mais desses objetos surjam, para que possam ser estudados com mais detalhes. “É um exemplo de como, quando observamos o céu, encontramos coisas totalmente inesperadas”, disse Ho.

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