Em 9 de setembro, 2018, astrônomos avistaram um flash de uma galáxia a 860 milhões de anos-luz de distância. A fonte foi um buraco negro supermassivo cerca de 50 milhões de vezes a massa do sol. Normalmente quieto, o gigante gravitacional de repente acordou para devorar uma estrela que passava em um raro caso conhecido como evento de interrupção da maré. Conforme os destroços estelares caíram em direção ao buraco negro, ele liberou uma enorme quantidade de energia na forma de luz.

Pesquisadores do MIT, o Observatório Europeu do Sul, e em outros lugares usaram vários telescópios para vigiar o evento, rotulado como AT2018fyk. Para sua surpresa, eles observaram que, à medida que o buraco negro supermassivo consumia a estrela, exibia propriedades semelhantes às de muito menor, buracos negros de massa estelar.

Os resultados, publicado hoje no Astrophysical Journal, sugerem que o acréscimo, ou a forma como os buracos negros evoluem à medida que consomem material, é independente de seu tamanho.

"Nós demonstramos isso, se você viu um buraco negro, você viu todos eles, num sentido, "diz o autor do estudo, Dheeraj" DJ "Pasham, um cientista pesquisador no Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial do MIT. "Quando você joga uma bola de gás neles, todos eles parecem fazer mais ou menos a mesma coisa. Eles são a mesma besta em termos de acréscimo. "

Os co-autores de Pasham incluem o cientista pesquisador principal Ronald Remillard e o ex-aluno de pós-graduação Anirudh Chiti do MIT, junto com pesquisadores do European Southern Observatory, Universidade de Cambridge, Universidade de Leiden, Universidade de Nova York, a Universidade de Maryland, Curtin University, a Universidade de Amsterdã, e o Goddard Space Flight Center da NASA.

Um despertar estelar

Quando buracos negros de pequena massa estelar com uma massa de cerca de 10 vezes o nosso sol emitem uma explosão de luz, geralmente é em resposta a um influxo de material de uma estrela companheira. Essa explosão de radiação desencadeia uma evolução específica da região ao redor do buraco negro. De quiescência, um buraco negro faz a transição para uma fase "suave" dominada por um disco de acreção à medida que o material estelar é puxado para dentro do buraco negro. À medida que a quantidade de influxo de material cai, ele faz a transição novamente para uma fase "dura", onde uma corona incandescente assume o controle. O buraco negro finalmente se acomoda em uma quiescência constante, e todo esse ciclo de acumulação pode durar de algumas semanas a meses.

Os físicos observaram esse ciclo de acreção característico em vários buracos negros de massa estelar por várias décadas. Mas para buracos negros supermassivos, pensava-se que este processo demoraria muito para ser capturado inteiramente, como esses golias são normalmente pastadores, alimentando-se lentamente de gás nas regiões centrais de uma galáxia.

"Este processo normalmente acontece em escalas de tempo de milhares de anos em buracos negros supermassivos, "Pasham diz." Os humanos não podem esperar tanto tempo para capturar algo assim. "

Mas todo esse processo acelera quando um buraco negro passa por uma experiência repentina, grande afluxo de material, como durante um evento de interrupção da maré, quando uma estrela chega perto o suficiente para que um buraco negro possa rasgá-la em pedaços.

"Em um evento de interrupção da maré, tudo é abrupto, "Pasham diz." Você tem um pedaço repentino de gás sendo jogado em você, e o buraco negro é repentinamente acordado, e é como, 'Uau, há tanta comida, deixe-me comer, comer, coma até que acabe. ' Então, ele experimenta tudo em um curto espaço de tempo. Isso nos permite sondar todos esses diferentes estágios de acreção que as pessoas conheceram em buracos negros de massa estelar. "

Um ciclo supermassivo

Em setembro de 2018, a Pesquisa Automatizada da All-Sky para Supernovas (ASASSN) captou sinais de uma explosão repentina. Os cientistas determinaram posteriormente que a erupção foi o resultado de um evento de interrupção da maré envolvendo um buraco negro supermassivo, que eles rotularam como TDE AT2018fyk. Wevers, Pasham, e seus colegas saltaram com o alerta e foram capazes de dirigir vários telescópios, cada um treinado para mapear diferentes bandas do espectro ultravioleta e de raios-X, em direção ao sistema.

A equipe coletou dados ao longo de dois anos, usando telescópios espaciais de raios-X XMM-Newton e o Chandra X-Ray Observatory, bem como NICER, o instrumento de monitoramento de raios-X a bordo da Estação Espacial Internacional, e o Observatório Swift, junto com radiotelescópios na Austrália.

"Pegamos o buraco negro no estado mole com a formação de um disco de acreção, e a maior parte da emissão em ultravioleta, com muito poucos no raio-X, "Pasham diz." Então o disco entra em colapso, a coroa fica mais forte, e agora está muito claro em raios-X. Eventualmente não há muito gás para alimentar, e a luminosidade geral cai e volta a níveis indetectáveis. "

Os pesquisadores estimam que o buraco negro destruiu uma estrela do tamanho do nosso sol. No processo, gerou um enorme disco de acreção, cerca de 12 bilhões de quilômetros de largura, e emitiu gás que eles estimaram em cerca de 40, 000 Kelvin, ou mais de 70, 000 graus Fahrenheit. À medida que o disco fica mais fraco e menos brilhante, uma coroa de compacto, raios X de alta energia assumiram a fase dominante em torno do buraco negro antes de desaparecerem.

"As pessoas sabem que esse ciclo acontece em buracos negros de massa estelar, que são apenas cerca de 10 massas solares. Agora estamos vendo isso em algo 5 milhões de vezes maior, "Pasham diz.

"A perspectiva mais empolgante para o futuro é que esses eventos de interrupção das marés forneçam uma janela para a formação de estruturas complexas muito próximas do buraco negro supermassivo, como o disco de acreção e a corona, "diz o autor principal Thomas Wevers, membro do European Southern Observatory. "Estudar como essas estruturas se formam e interagem no ambiente extremo após a destruição de uma estrela, podemos, com sorte, começar a entender melhor as leis físicas fundamentais que governam sua existência. "

Além de mostrar que os buracos negros experimentam acúmulo da mesma maneira, independentemente do seu tamanho, os resultados representam apenas a segunda vez que os cientistas capturaram a formação de uma coroa do início ao fim.

"Uma corona é uma entidade muito misteriosa, e no caso de buracos negros supermassivos, pessoas estudaram coronas estabelecidas, mas não sabem quando ou como elas se formaram, "Pasham diz." Nós demonstramos que você pode usar eventos de interrupção de maré para capturar a formação da corona. Estou animado em usar esses eventos no futuro para descobrir o que exatamente é a coroa. "

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.