SWIFT mapeia uma estrela em uma espiral da morte na direção de um buraco negro supermassivo

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

Há cerca de 290 milhões de anos, uma estrela parecida com o Sol perambulou demasiadamente perto do buraco negro central de sua galáxia hospedeira. As marés gravitacionais intensas rasgaram a estrela e isso produziu um surto de radiação tanto no visível, quanto no ultravioleta e nos raios-X que foi detectado aqui na Terra em 2014. Agora, um time de cientistas usou observações do satélite SWIFT da NASA para mapear como e onde estes vários comprimentos de onda foram produzidos nesse evento astronômico, chamado de ASASSN-14li, enquanto os destroços da estrela desintegrada orbitavam o buraco negro.

Dheeraj Pasham, astrofísico do MIT (Massachusetts Institute of Technology) em Cambridge, EUA, pesquisador líder do estudo:

Descobrimos mudanças na intensidade da radiação em raios-X que ocorreram cerca de um mês após alterações semelhantes observadas no visível e no ultravioleta. Achamos que isso significa que a emissão ótica e ultravioleta surgiu longe do buraco negro, onde fluxos elípticos de matéria em órbita colidiram entre si.

Os astrônomos julgam que o evento ASASSN-14li ocorreu quando uma estrela tipo-Sol deu um rasante perto de um buraco negro supermassivo (cerca de 3 milhões de vezes a massa do Sol), um análogo ao que se encontra no centro da nossa Via Láctea. Em comparação, o horizonte de eventos para um buraco negro como este é cerca de 13 vezes maior que o Sol e o disco de acreção formado pela estrela desintegrada poderá se estender a mais de duas vezes a distância entre a Terra e o Sol.

Quando uma estrela passa demasiadamente perto de um buraco negro com mais de 10.000 vezes a massa do Sol as forças de maré superam a própria gravidade da estrela, convertendo o astro em uma corrente de detritos. Os astrônomos chamam a isto um evento de ruptura de maré. A matéria que cai espiralando na direção do buraco negro acumulando-se em um disco de acreção rotatório, onde sofre violenta compressão e é aquecida antes de eventualmente cair para dentro do horizonte de eventos do buraco negro, o ponto a partir do qual nada consegue escapar e os astrônomos não conseguem mais observar. Os surtos de ruptura de maré contêm informações importantes sobre como estes detritos se instalam inicialmente em um disco de acreção de um buraco negro supermassivo.

Impressão de artística que mostra o evento de ruptura de maré ASASSN-14li, onde uma estrela passou muito perto de um buraco negro supermassivo com cerca de 3 milhões de vezes a massa do Sol e foi dilacerada. Os detritos se aglomeraram em um disco de acreção em volta do buraco negro. Novos dados do satélite SWIFT da NASA mostram que a formação inicial do disco foi esculpida por interações entre fluxos de detritos de maré. Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA

Os astrônomos sabem que as emissões de raios-X nessas erupções surgem de regiões muito próximas do buraco negro. Mas a localização das fontes de luz visível e da radiação ultravioleta não estava clara e era até desafiante. Em alguns dos eventos mais estudados, esta emissão parece estar localizada muito mais longe do local onde as forças de maré do buraco negro conseguem fragmentar a estrela. Além disso, o gás que emite a luz parecia permanecer com temperaturas estáveis por muito mais tempo do que o esperado.

ASASSN-14li foi descoberto no dia 22 de novembro de 2014, em imagens obtidas pelo programa de recenseamento ASASSN (All Sky Automated Survey for SuperNovae), que inclui telescópios robóticos no Havaí e no Chile. As observações realizadas em sequência, utilizando os detectores em UV e Raios-X do SWIFT, começaram oito dias depois e continuaram, a cada poucos dias, durante os nove meses subsequentes. Os cientistas suplementaram observações posteriores do SWIFT com dados óticos do Observatório de Las Cumbres, com sede em Goleta, Califórnia, EUA.

No artigo que descreve os resultados, publicado em 15 de março de 2017 em The Astrophysical Journal Letters, Pasham, Cenko e seus colegas mostraram como as interações entre a matéria em queda podem produzir a emissão ótica e ultravioleta observada.

Os escombros originados pela violenta maré gravitacional caem inicialmente na direção ao buraco negro, mas ‘erram o alvo’ e falham, arqueando para trás ao longo de órbitas elíticas, acabando por, eventualmente, colidir com o fluxo de entrada.

Bradley Cenko, pesquisador líder do SWIFT e membro do time do estudo científico explicou:

Os aglomerados de detritos que retornam atingem o fluxo de entrada, o que provoca ondas de choque que emitem radiação tanto no visível quanto no ultravioleta. À medida que estes aglomerados caem atraídas pelo buraco negro, estes também modulam a emissão de raios-X nas proximidades do horizonte de eventos.

Futuras observações de outros eventos de ruptura de maré serão necessárias para esclarecer ainda mais a origem das emissões no visível e no ultravioleta.