À espreita na escuridão do espaço, os buracos negros são notórios por destruir estrelas que se aventuram muito perto e depois devorá-las. Mas os astrônomos tiveram apenas uma compreensão rudimentar desse processo dramático.
Um novo estudo lança alguma luz. Astrônomos detectaram fluxos de matéria estelar que deram uma volta completa buracos negros e esbarraram em si mesmos. Tais colisões foram teorizadas há muito tempo, mas as novas observações pela primeira vez fornecem uma visão direta dos estágios iniciais da formação de discos em torno de buracos negros.
“É um resultado interessante”, disse Dheeraj Pasham, cientista pesquisador do Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial do MIT, que não participou do novo estudo. Estudos como este “abrem uma nova janela para a física detalhada de como exatamente um enorme buraco negro come um estrela.”
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Buracos negros são invisíveis, exceto quando devorar estrelas próximas, então os astrônomos observam o que chamam de evento de ruptura de maré (TDE), que descreve uma estrela sendo dilacerada por um buraco negro. O material muito quente da estrela desfigurada forma um disco ao redor do buraco negro e emite uma luz distinta que os telescópios ópticos, de raios-X e de rádio podem observar, que é uma das únicas maneiras de os astrônomos aprenderem sobre a existência de um buraco negro.
Embora luz óptica – que mostra o universo em cores que os olhos humanos podem ver – a partir de discos de acreção tem sido registrado há muito tempo, sua origem “é um grande quebra-cabeça”, disse o cientista Dacheng Lin, da Northeastern University, que não esteve envolvido no novo estudo. Especificamente, tem sido difícil para os astrônomos discernir se a luz é da matéria estelar no estágio de formação do disco ou no estágio de ser engolido por um buraco negro.
Agora, uma equipe que estuda um TDE chamado AT 2020mot encontrou fortes evidências para a teoria anterior. Localizado a mais de 900 milhões de anos-luz de Terra em uma galáxia chamada WISEA J003113.52+850031.8, uma buraco negro supermassivo – cerca de 3,6 milhões de vezes mais massivo que o nosso sol – matou uma estrela infeliz. Ambos foram visto em 2020 (abre em nova aba) e ainda não foram nomeados. A estrela destruída está irradiando fortes emissões ópticas, graças a múltiplos fluxos de seu material que orbitaram o buraco negro e colidiram consigo mesmos, dizem os pesquisadores.
“Esperamos que o fluxo circularize lentamente e basicamente se torne o disco de acreção. Eventualmente, ele será consumido pelo buraco negro”, disse Yannis Liodakis, pesquisador do Centro Finlandês de Astronomia do Observatório Europeu do Sul e principal autor do novo estudo. estudar. “O disco de acreção é apenas o passo intermediário.”
A equipe de Liodakis estimou que os fluxos levaram 43 dias terrestres para circundar o buraco negro e colidir. Tais eventos não são incomuns e, de fato, são esperados depois que as estrelas são interrompidas e enquanto os discos de acreção tomam forma.
“A expectativa é que, uma vez que tenhamos colisões de fluxo, é isso que inicia o processo de formação de um disco”, disse Fulya Kıroğlu, estudante de pós-graduação da Northwestern University que não participou do estudo mais recente.
Sua pesquisa já havia descoberto que buracos negros de tamanho médio consomem estrelas como crianças bagunçadas, pois comem algum material estelar e jogam fora o resto. “Acho que aqui devemos esperar o cenário clássico em que cerca de metade da estrela fica ligada ao buraco negro e a outra metade é ejetada para o infinito”, disse Kıroğlu.
A equipe por trás do estudo mais recente também calculou a polarização da luz detectada. (A luz polarizada apresenta ondas que oscilam na mesma direção, em vez de em várias direções aleatórias, como a luz “normal” faz.) Para surpresa da equipe, a luz foi polarizada em uma quantidade extraordinária (25%). Isso é muito maior do que os 2% encontrados por um punhado de estudos anteriores que investigaram discos de acreção em outras partes do mundo. o universo.
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Esta descoberta é significativa porque os valores de polarização mais baixos podem ser explicados por vários outros processos, mas “há muito poucas coisas no universo que podem produzir luz altamente polarizada”, disse Liodakis.
Uma dessas coisas é um jato relativístico explosão de um buraco negro, que agita o material ao redor do buraco negro e às vezes o ejeta no vazio circundante. Assim, a equipe de estudo usou o Karl G. Jansky Very Large Array, uma instalação de telescópio de radioastronomia no Novo México, para procurar jatos relativísticos, que irradiam fortemente em comprimentos de onda de rádio. Mas eles não conseguiram identificar nenhum. Em vez disso, os modelos da equipe mostram que choques criados a partir de múltiplos fluxos de material estelar em colisão são responsáveis pela luz altamente polarizada, escreveram os pesquisadores no novo estudo.
Assim como alguns óculos de sol polarizam a luz do sol filtrando parte dela para reduzir o brilho, a luz é polarizada quando é emitida em bolsões de espaço que são magnetizados. Ao redor do buraco negro estudado no novo artigo, o campo magnético da estrela interrompida pode ter acelerado partículas o suficiente para emitir radiação síncrotron, que é naturalmente polarizado para as altas quantidades detectadas pela equipe. Alternativamente, o próprio campo magnético pode ser “esticado ao longo do fluxo”, levando a uma alta polarização, disse Liodakis.
O novo estudo é um dos poucos medindo a polarização da luz óptica dos discos de acreção, portanto, mais observações e simulações de computador são necessárias para entender qual dos dois cenários é responsável pela luz polarizada e quão rara ela é, acrescentou.
“Isso é muito empolgante, porque sugere que a realidade pode ser mais complicada do que pensávamos”, disse Giorgos Leloudas, cientista que estuda TDEs no National Space Institute da Universidade Técnica da Dinamarca e não participou do estudo mais recente. . “Pode haver várias maneiras de criar emissões por eventos de interrupção das marés”.
Por enquanto, “AT 2020mot parece ser a exceção e não a regra”, afirmou.
O novo estudo foi publicado quinta-feira (11 de maio) na revista Science.
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