p Em 22 de novembro, 2014, astrônomos avistaram um evento raro no céu noturno:um buraco negro supermassivo no centro de uma galáxia, quase 300 milhões de anos-luz da Terra, rasgando uma estrela que passava. O evento, conhecido como flare de interrupção das marés, para a enorme força de maré do buraco negro que separa uma estrela, criou uma explosão de atividade de raios-X perto do centro da galáxia. Desde então, uma série de observatórios treinou seus olhos no evento, na esperança de aprender mais sobre como os buracos negros se alimentam. p Agora, pesquisadores do MIT e de outros lugares analisaram dados de observações de múltiplos telescópios do evento, e descobriu um curiosamente intenso, estábulo, e pulso periódico, ou sinal, de raios X, em todos os conjuntos de dados. O sinal parece emanar de uma área muito próxima ao horizonte de eventos do buraco negro - o ponto além do qual o material é engolido inevitavelmente pelo buraco negro. O sinal parece aumentar e diminuir periodicamente a cada 131 segundos, e persiste por pelo menos 450 dias.

p Os pesquisadores acreditam que tudo o que está emitindo o sinal periódico deve estar orbitando o buraco negro, fora do horizonte de eventos, perto da Órbita Circular Mais Interna Estável, ou ISCO - a menor órbita em que uma partícula pode viajar com segurança ao redor de um buraco negro.

p Dada a proximidade estável do sinal do buraco negro, e a massa do buraco negro, que os pesquisadores estimaram anteriormente em cerca de 1 milhão de vezes a do sol, a equipe calculou que o buraco negro está girando a cerca de 50% da velocidade da luz.

p As evidências, relatado hoje no jornal Ciência , são a primeira demonstração de um flare de interrupção de maré sendo usado para estimar o spin de um buraco negro.

p O primeiro autor do estudo, Dheeraj Pasham, um pós-doutorado no Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial do MIT, diz que a maioria dos buracos negros supermassivos estão dormentes e geralmente não emitem muito na forma de radiação de raios-X. Apenas ocasionalmente eles liberam uma explosão de atividade, como quando as estrelas se aproximam o suficiente para que os buracos negros as devorem. Agora ele diz isso, dados os resultados da equipe, tais erupções de interrupção de maré podem ser usadas para estimar a rotação de buracos negros supermassivos - uma característica que tem sido, até agora, incrivelmente difícil de definir.

p "Os eventos em que os buracos negros destroem estrelas que se aproximam demais podem nos ajudar a mapear os spins de vários buracos negros supermassivos que estão dormentes e, de outra forma, escondidos no centro das galáxias, "Pasham diz." Isso poderia nos ajudar a entender como as galáxias evoluíram ao longo do tempo cósmico. "

p Os co-autores de Pasham incluem Ronald Remillard, Jeroen Homan, Deepto Chakrabarty, Frederick Baganoff, e James Steiner do MIT; Alessia Franchini, da Universidade de Nevada; Chris Fragile, do College of Charleston; Nicholas Stone, da Columbia University; Eric Coughlin, da Universidade da Califórnia em Berkeley; e Nishanth Pasham, de Sunnyvale, Califórnia.

p Um sinal real

p Modelos teóricos de erupções de interrupção de maré mostram que, quando um buraco negro despedaça uma estrela, parte do material dessa estrela pode ficar fora do horizonte de eventos, circulando, pelo menos temporariamente, em uma órbita estável como a ISCO, e emitindo flashes periódicos de raios-X antes de finalmente serem alimentados pelo buraco negro. A periodicidade dos flashes de raios-X, portanto, codifica informações importantes sobre o tamanho do ISCO, que por si só é ditado pela rapidez com que o buraco negro está girando.

p Pasham e seus colegas pensaram que se pudessem ver esses flashes regulares muito perto de um buraco negro que sofreu um recente evento de interrupção da maré, esses sinais poderiam dar a eles uma ideia de quão rápido o buraco negro estava girando.

p Eles focaram sua pesquisa em ASASSN-14li, o evento de interrupção da maré que os astrônomos identificaram em novembro de 2014, usando o levantamento automatizado All-Sky baseado em terra para SuperNovae (ASASSN).

p "Este sistema é empolgante porque pensamos que é um poster das erupções de maré, "Pasham diz." Este evento particular parece coincidir com muitas das previsões teóricas. "

p A equipe analisou conjuntos de dados arquivados de três observatórios que coletaram medições de raios-X do evento desde sua descoberta:o observatório espacial XMM-Newton da Agência Espacial Europeia, e os observatórios Chandra e Swift baseados no espaço da NASA. Pasham desenvolveu anteriormente um código de computador para detectar padrões periódicos em dados astrofísicos, embora não especificamente para eventos de interrupção de maré. Ele decidiu aplicar seu código aos três conjuntos de dados para ASASSN-14li, para ver se algum padrão periódico comum subiria à superfície.

p O que ele observou foi um surpreendentemente forte, estábulo, e rajadas periódicas de radiação de raios-X que pareciam vir de muito perto da borda do buraco negro. O sinal pulsava a cada 131 segundos, mais de 450 dias, e foi extremamente intenso - cerca de 40% acima do brilho médio de raios-X do buraco negro.

p "No começo não acreditei porque o sinal era muito forte, "Pasham diz." Mas nós vimos em todos os três telescópios. Então, no final, o sinal era real. "

p Com base nas propriedades do sinal, e a massa e tamanho do buraco negro, a equipe estimou que o buraco negro está girando a pelo menos 50% da velocidade da luz.

p "Isso não é muito rápido - existem outros buracos negros com spins estimados em cerca de 99 por cento da velocidade da luz, "Pasham diz." Mas esta é a primeira vez que podemos usar erupções de interrupção das marés para restringir as rotações de buracos negros supermassivos. "

p Iluminando o invisível

p Assim que Pasham descobriu o sinal periódico, cabia aos teóricos da equipe encontrar uma explicação para o que pode ter gerado isso. A equipe criou vários cenários, mas aquele que parece ser o mais provável de gerar tal forte, A erupção regular de raios-X envolve não apenas um buraco negro destruindo uma estrela que passa, mas também um tipo menor de estrela, conhecida como anã branca, orbitando perto do buraco negro.

p Essa anã branca pode ter circulado o buraco negro supermassivo, na ISCO - a órbita circular estável mais interna - por algum tempo. Sozinho, não teria sido suficiente emitir qualquer tipo de radiação detectável. Para todos os efeitos, a anã branca seria invisível para os telescópios enquanto circulava o relativamente inativo, buraco negro giratório.

p Por volta de 22 de novembro, 2014, uma segunda estrela passou perto o suficiente do sistema que o buraco negro o destruiu em uma erupção de interrupção da maré que emitiu uma enorme quantidade de radiação de raios-X, na forma de quente, material estelar triturado. À medida que o buraco negro puxava esse material para dentro, alguns dos detritos estelares caíram no buraco negro, enquanto alguns permaneceram do lado de fora, na órbita estável mais interna - a mesma órbita em que a anã branca circulou. Quando a anã branca entrou em contato com este material estelar quente, provavelmente o arrastou como uma espécie de sobretudo luminoso, iluminando a anã branca em uma quantidade intensa de raios-X cada vez que ela circulou o buraco negro, a cada 131 segundos.

p Os cientistas admitem que tal cenário seria incrivelmente raro e duraria apenas várias centenas de anos, no máximo - um piscar de olhos em escalas cósmicas. As chances de detectar tal cenário seriam extremamente pequenas.

p "O problema com este cenário é que, se você tem um buraco negro com uma massa que é 1 milhão de vezes a do sol, e uma anã branca está circulando, então, em algum ponto ao longo de apenas algumas centenas de anos, a anã branca mergulhará no buraco negro, "Pasham diz." Teríamos sido extremamente sortudos em encontrar tal sistema. Mas, pelo menos em termos das propriedades do sistema, este cenário parece funcionar. "

p A significância abrangente dos resultados é que eles mostram que é possível restringir a rotação de um buraco negro, de eventos de interrupção da maré, de acordo com Pasham. Daqui para frente, ele espera identificar padrões estáveis ​​semelhantes em outros eventos de destruição de estrelas, de buracos negros que residem mais atrás no espaço e no tempo.

p "Na próxima década, esperamos detectar mais desses eventos, "Pasham diz." Estimar os spins de vários buracos negros desde o início dos tempos até agora seria valioso em termos de estimar se existe uma relação entre o spin e a idade dos buracos negros. "