A NASA deteta, pela primeira vez, um sinal de dois buracos negros monstruosos que queimam gás

Cientistas que utilizam observações do Observatório Swift da NASA descobriram, pela primeira vez, o sinal de um par de buracos negros monstruosos a perturbar uma nuvem de gás no centro de uma galáxia.

buraco negro; imagem ilustrativa
Buraco negro com bordo branco algures no espaço. Os elementos desta imagem foram fornecidos pela NASA.

A dupla de buracos negros encontra-se no centro de uma galáxia chamada 2MASX J21240027+3409114, situada a mil milhões de anos-luz de distância, na constelação setentrional de Cygnus. O par está a cerca de 26 mil milhões de quilómetros de distância entre eles, suficientemente perto para que a luz demore apenas um dia a viajar entre eles. Em conjunto, contêm 40 milhões de vezes a massa do Sol.

“Trata-se de um acontecimento muito estranho, chamado AT 2021hdr, que se repete de poucos em poucos meses. Pensamos que uma nuvem de gás envolveu os buracos negros. Ao orbitarem um ao outro, os buracos negros interagem com a nuvem, perturbando e consumindo o seu gás. Isto produz um padrão de oscilação na luz do sistema”.

Lorena Hernández-García, astrofísica do Instituto do Milénio de Astrofísica, do Núcleo do Milénio de Investigação Transversal e Tecnologia para a Exploração de Buracos Negros Supermassivos e da Universidade de Valparaíso, no Chile.

Os cientistas estimam que os buracos negros completam uma órbita a cada 130 dias e que irão colidir e fundir-se dentro de aproximadamente 70 mil anos. O AT 2021hdr foi detetado pela primeira vez em março de 2021 pela ZTF (Zwicky Transient Facility), liderada pelo Caltech, no Observatório de Palomar, na Califórnia. Foi assinalado como uma fonte potencialmente interessante pelo ALeRCE (Automatic Learning for the Rapid Classification of Events).

fusão de buracos negros (IA)
Uma fusão espetacular de dois buracos negros que gera ondulações no espaço-tempo numa galáxia distante. (Imagem criada por IA)

As explosões são recorrentes

Esta equipa multidisciplinar combina ferramentas de inteligência artificial com conhecimentos humanos para comunicar eventos no céu noturno à comunidade astronómica, utilizando as montanhas de dados recolhidos por programas de pesquisa como o ZTF.

“Embora inicialmente se pensasse que esta chama era uma supernova, as explosões de 2022 fizeram-nos pensar noutras explicações. Cada evento subsequente ajudou-nos a refinar o nosso modelo do que se está a passar no sistema”.

Coautora Alejandra Muñoz-Arancibia, membro da equipa ALeRCE e astrofísica do Instituto do Milénio de Astrofísica e do Centro de Modelação Matemática da Universidade do Chile.

Desde a primeira chama, o ZTF tem detetado explosões de AT 2021hdr a cada 60 a 90 dias. Hernández-García e a sua equipa têm observado a fonte com o Swift desde novembro de 2022. O Swift ajudou-os a determinar que este sistema binário produz oscilações na luz ultravioleta e de raios X nas mesmas escalas de tempo em que o ZTF as vê na faixa visível.

Eliminação do tipo Goldilocks de diferentes modelos para explicar o que foi visto nos dados

Inicialmente, pensaram que o sinal poderia ser o subproduto da atividade normal no centro galáctico. Depois, consideraram que um evento de rutura de maré - a destruição de uma estrela que se aproximou demasiado de um dos buracos negros - poderia ser a causa.

AT 2021hdr
Imagem de banda do Pan-STARRS do hospedeiro e ambiente do AT 2021hdr (cruz preta). O círculo ciano indica o erro de posição da fonte Swift/XRT (90%). Os contornos VLASS em 2σ, 3σ, e 4σ estão sobrepostos a amarelo. Fonte: Hernández-García et al.: AT 2021hdr.

Finalmente, decidiram-se por outra possibilidade, a rutura por maré de uma nuvem de gás, maior do que o próprio binário. Quando a nuvem encontrou os buracos negros, a gravidade rasgou-a, formando filamentos à volta do par, e a fricção começou a aquecê-la. O gás tornou-se particularmente denso e quente perto dos buracos negros.

À medida que o binário orbita, a complexa interação de forças ejeta parte do gás do sistema em cada rotação. Estas interações produzem a luz flutuante que o Swift e o ZTF observam.

Hernández-García e a sua equipa planeiam continuar as observações do AT 2021hdr para compreender melhor o sistema e melhorar os seus modelos. Também estão interessados em estudar a sua galáxia de origem, que está atualmente a fundir-se com outra nas proximidades - um acontecimento relatado pela primeira vez no seu artigo.

Referência da notícia:
Hernández-García L., Muñoz-Arancibia A. M., Lira P., et al. AT 2021hdr: A candidate tidal disruption of a gas cloud by a binary super massive black hole system. Astronomy & Astrophysics (2024).