Estrela colapsou e desapareceu, dando origem a um buraco negro

Este par de fotografias no espectro do visível e do infravermelho próximo, pelo Hubble, mostra a estrela gigante N6946-BH1 antes e depois de ter desaparecido de vista devido a sua implosão para formar um buraco negro. A imagem da esquerda mostra a estrela, com 25 vezes a massa do Sol, em 2007. Em 2009, a estrela aumentou de brilho para se tornar mais de 1 milhão de vezes mais luminosa do que o nosso Sol durante alguns meses. Mas depois pareceu ter desaparecido, como o painel da direita mostra, painel este obtido em 2015. Pode ser detectada uma pequena quantidade de radiação em infravermelho no local onde a estrela residia. Esta radiação vem provavelmente dos detritos que espiralam em queda na direção do suposto buraco negro. O buraco negro está a 22 milhões de anos-luz na galáxia espiral NGC 6946. Créditos: NASA, ESA e C. Kochanek (OSU)

Astrônomos viram como uma estrela enorme e moribunda provavelmente renasceu criando um buraco negro. Foi necessário o poder combinado do LBT (Large Binocular Telescope) e dos telescópios espaciais Hubble e Spitzer da NASA para estudar o remanescente da estrela que pereceu, para constatarem que o astro desapareceu completamente de vista.

A estrela N6946-BH1 sucumbiu com um gemido ao invés de um estrondo.

A estrela em questão, que era 25 vezes mais massiva que o nosso Sol, deveria ter explodido como uma brilhante supernova. Em vez disso, a estrela apagou-se subitamente e depois deixou como restos um buraco negro.

A estrela moribunda N6946-BH1 era 25 vezes mais massiva que o nosso Sol. O objeto começou a aumentar de brilho fracamente em 2009. Mas, em 2015, parecia ter desaparecido completamente. Através de um cuidadoso processo de eliminação, com base em observações, os cientistas eventualmente concluíram que a estrela deve ter se transformado em um buraco negro. Este deve ser o destino das estrelas muito massivas no Universo. Créditos: NASA, ESA e P. Jeffries (STScI)

As “contrações massivas” como esta, em uma galáxia próxima, podem explicar porque é que os astrônomos raramente observam supernovas oriundas de estrelas mais massivas, afirmou Christopher Kochanek, professor de astronomia da Universidade Estatal do Ohio.

Até 30% dessas estrelas, conforme p estudo sugere, podem silenciosamente colapsar em buracos negros, não é necessária nenhuma supernova.

Christopher Kochanek esclareceu:

A visão típica até então é que uma estrela pode formar um buraco negro somente depois de passar pela fase de supernova. Se uma estrela pode nem chegar a explodir como supernova e ainda formar um buraco negro, isso ajuda a explicar porque é que não vemos tantas supernovas nas estrelas mais massivas.

Christopher Kochanek lidera um time de astrônomos que publicou seus resultados mais recentes MNRAS (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society).

Christopher Kochanek

Entre as galáxias que os astrônomos têm observado está a NGC 6946, uma galáxia espiral que reside a 22 milhões de anos-luz de distância, a qual é conhecida popularmente como ”Galáxia do s Fogos-de-Artifício” (“Fireworks Galaxy”) porque lá ocorrem de fato, frequentemente, diversas supernovas. Por exemplo, a supernova SN 2017eaw lá presente, descoberta no dia 14 de maio de 2017, está no momento quase no seu brilho máximo. No entanto, desde 2009 que uma estrela em particular, de nome N6946-BH1, começou a brilhar fracamente. Em 2015, N6946-BH1 parecia ter desaparecido.

Após a pesquisa realizada através do LBT em busca de supernovas fracassadas ter descoberto a estrela em questão, os astrônomos apontaram os telescópios espaciais Hubble e Spitzer para ver se o objeto ainda estava lá, mas apenas com brilho atenuado. Também usaram o observatório de infravermelho Spitzer para pesquisar qualquer radiação infravermelha emanada do local. Isso teria sido um sinal de que a estrela ainda estava presente, mas talvez apenas escondida atrás de uma nuvem de poeira.

Todos os testes foram negativos. A estrela já “não estava lá”. Através de um cuidadoso processo de eliminação, os investigadores eventualmente concluíram que a estrela deveria ter se transformado em um buraco negro.

É ainda muito cedo para saber com certeza a frequência efetiva com que as estrelas sofrem estes “colapsos massivos”, mas Scott Adams, ex-estudante da mesma universidade que recentemente completou o seu doutorado com este trabalho, foi capaz de fazer uma estimativa preliminar.

Scott Adams

Scott Adams explicou:

N6946-BH1 é provavelmente a única supernova fracassada que encontramos nos primeiros sete anos do nosso levantamento. Durante este período, ocorreram seis supernovas normais em galáxias que acompanhamos, sugerindo que 10 % a 30 % das estrelas massivas morrem como supernovas falhadas.

Esta é apenas a fração que explicaria o problema que nos motivou a iniciar a investigação, isto é, que existem menos supernovas observadas do que o suposto caso todas as estrelas massivas morressem dessa maneira.

Krzystof Stanek

Para Krzysztof Stanek, coautor do estudo, a parte realmente interessante desta descoberta está nas implicações para as origens dos buracos negros muito massivos, aqueles do tipo que a experiência LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) detectou através de ondas gravitacionais.

Não faz necessariamente sentido, disse Stanek, professor de astronomia da Universidade Estatal do Ohio, que uma estrela massiva possa passar pela fase de supernova, um processo que envolve a expulsão da maioria das suas camadas exteriores e ainda tenha massa suficiente para formar um buraco negro gigante na escala daqueles que o LIGO detectou.

Krzysztof Stanek concluiu:

Eu suspeito que é muito mais fácil formar um buraco negro massivo caso não ocorra uma supernova.

Fontes

Universidade de OHIO: The big star that couldn’t become a supernova – One star’s “massive fail” could help solve a mystery

NASA: Collapsing Star Gives Birth to a Black Hole

._._.

1610.02402 – The Search for Failed Supernovae with the Large Binocular Telescope – Constraints from 7 Years of Data