Durante um ano típico, mais de um milhão de pessoas visitam o Parque Nacional de Yellowstone, onde o gêiser Old Faithful regularmente lança um jato de água fervente no ar. Agora, uma equipe internacional de astrônomos descobriu um equivalente cósmico, uma galáxia distante que entra em erupção aproximadamente a cada 114 dias.

Usando dados de instalações, incluindo o Observatório Neil Gehrels Swift da NASA e o Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS), os cientistas estudaram 20 explosões repetidas de um evento chamado ASASSN-14ko. Esses vários telescópios e instrumentos são sensíveis a diferentes comprimentos de onda de luz. Ao usá-los de forma colaborativa, os cientistas obtiveram fotos mais detalhadas das explosões.

"Estas são as erupções de múltiplos comprimentos de onda recorrentes mais previsíveis e frequentes que vimos do núcleo de uma galáxia, e eles nos dão uma oportunidade única de estudar este Old Faithful extragaláctico em detalhes, "disse Anna Payne, um bolsista de graduação da NASA na Universidade do Havaí em Mānoa. "Achamos que um buraco negro supermassivo no centro da galáxia cria as explosões ao consumir parcialmente uma estrela gigante em órbita."

Payne apresentou os resultados na terça-feira, 12 de janeiro no 237º encontro virtual da American Astronomical Society. Um artigo sobre a fonte e essas observações, liderado por Payne, está passando por revisão científica.

Os astrônomos classificam as galáxias com centros invulgarmente brilhantes e variáveis ​​como galáxias ativas. Esses objetos podem produzir muito mais energia do que a contribuição combinada de todas as suas estrelas, incluindo níveis mais altos do que o esperado de visível, ultravioleta, e luz de raios-X. Os astrofísicos pensam que a emissão extra vem de perto do buraco negro supermassivo central da galáxia, onde um disco giratório de gás e poeira se acumula e se aquece por causa das forças gravitacionais e de atrito. O buraco negro consome lentamente o material, que cria flutuações aleatórias na luz emitida pelo disco.

Mas os astrônomos estão interessados ​​em encontrar galáxias ativas com erupções que acontecem em intervalos regulares, o que pode ajudá-los a identificar e estudar novos fenômenos e eventos.

"ASASSN-14ko é atualmente nosso melhor exemplo de variabilidade periódica em uma galáxia ativa, apesar de décadas de outras reivindicações, porque o tempo de seus flares é muito consistente ao longo dos seis anos de dados que Anna e sua equipe analisaram, "disse Jeremy Schnittman, um astrofísico do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, que estuda buracos negros, mas não se envolveu na pesquisa. "Este resultado é um verdadeiro tour de force da astronomia observacional de múltiplos comprimentos de onda."

ASASSN-14ko foi detectado pela primeira vez em 14 de novembro, 2014, pela Pesquisa Automatizada da All-Sky para Supernovas (ASAS-SN), uma rede global de 20 telescópios robóticos com sede na Ohio State University (OSU) em Columbus. Ocorreu no ESO 253-3, uma galáxia ativa a mais de 570 milhões de anos-luz de distância na constelação meridional de Pictor. No momento, astrônomos pensaram que a explosão era provavelmente uma supernova, um evento único que destrói uma estrela.

Seis anos depois, Payne estava examinando dados ASAS-SN em galáxias ativas conhecidas como parte de seu trabalho de tese. Olhando para a curva de luz ESO 253-3, ou o gráfico de seu brilho ao longo do tempo, ela percebeu imediatamente uma série de sinalizadores uniformemente espaçados - um total de 17, todos separados por cerca de 114 dias. Cada flare atinge seu brilho máximo em cerca de cinco dias, em seguida, diminui gradualmente.

Payne e seus colegas previram que a galáxia explodiria novamente em 17 de maio, 2020, então eles coordenaram observações conjuntas com instalações terrestres e espaciais, incluindo medições de comprimento de onda múltiplo com Swift. ASASSN-14ko entrou em erupção na hora certa. Desde então, a equipe previu e observou erupções subsequentes em 7 de setembro e 20 de dezembro.

Os pesquisadores também usaram os dados do TESS para uma análise detalhada de uma erupção anterior. O TESS observa faixas do céu chamadas setores por cerca de um mês de cada vez. Durante os primeiros dois anos da missão, as câmeras coletaram uma imagem completa do setor a cada 30 minutos. Esses instantâneos permitiram que a equipe criasse um cronograma preciso de um flare que começou em 7 de novembro, 2018, rastreando seu surgimento, subir para o brilho máximo, e declínio em grandes detalhes.

"TESS forneceu uma imagem muito completa desse sinalizador em particular, mas devido à forma como a missão representa o céu, não pode observar todos eles, "disse o co-autor Patrick Vallely, membro da equipe ASAS-SN e pesquisador graduado da National Science Foundation na OSU. "ASAS-SN coleta menos detalhes sobre explosões individuais, mas fornece uma linha de base mais longa, o que foi crucial neste caso. As duas pesquisas se complementam. "

Usando medições de ASAS-SN, TESS, Swift e outros observatórios, incluindo o NuSTAR da NASA e o XMM-Newton da Agência Espacial Européia, Payne e sua equipe vieram com três explicações possíveis para as chamas repetidas.

One scenario involved interactions between the disks of two orbiting supermassive black holes at the galaxy's center. Recent measurements, also under scientific review, suggest the galaxy does indeed host two such objects, but they don't orbit closely enough to account for the frequency of the flares.

The second scenario the team considered was a star passing on an inclined orbit through a black hole's disk. Nesse caso, scientists would expect to see asymmetrically shaped flares caused when the star disturbs the disk twice, on either side of the black hole. But the flares from this galaxy all have the same shape.

The third scenario, and the one the team thinks most likely, is a partial tidal disruption event.

A tidal disruption event occurs when an unlucky star strays too close to a black hole. Gravitational forces create intense tides that break the star apart into a stream of gas. The trailing part of the stream escapes the system, while the leading part swings back around the black hole. Astronomers see bright flares from these events when the shed gas strikes the black hole's accretion disk.

Nesse caso, the astronomers suggest that one of the galaxy's supermassive black holes, one with about 78 million times the Sun's mass, partially disrupts an orbiting giant star. The star's orbit isn't circular, and each time it passes closest to the black hole, it bulges outward, shedding mass but not completely breaking apart. Every encounter strips away an amount of gas equal to about three times the mass of Jupiter.

Astronomers don't know how long the flares will persist. The star can't lose mass forever, and while scientists can estimate the amount of mass it loses during each orbit, they don't know how much it had before the disruptions began.

Payne and her team plan to continue observing the event's predicted outbursts, including upcoming dates in April and August 2021. They'll also be able to examine another measurement from TESS, which captured the Dec. 20 flare with its updated 10-minute snapshot rate.

"TESS was primarily designed to find worlds beyond our solar system, " said Padi Boyd, the TESS project scientist at Goddard. "But the mission is also teaching us more about stars in our own galaxy, including how they pulse and eclipse each other. Em galáxias distantes, we've seen stars end their lives in supernova explosions. TESS has even previously observed a complete tidal disruption event. We're always looking forward to the next exciting and surprising discoveries the mission will make."