Pela segunda vez, astrônomos ligaram uma partícula indescritível chamada neutrino de alta energia a um objeto fora de nossa galáxia. Usando instalações terrestres e espaciais, incluindo o Observatório Neil Gehrels Swift da NASA, eles traçaram o neutrino até um buraco negro destruindo uma estrela, uma ocorrência cataclísmica rara chamada evento de interrupção da maré.

"Os astrofísicos há muito teorizam que as interrupções das marés podem produzir neutrinos de alta energia, mas esta é a primeira vez que realmente conseguimos conectá-los com evidências observacionais, "disse Robert Stein, um estudante de doutorado no centro de pesquisa alemão Electron-Synchrotron (DESY) em Zeuthen, Alemanha, e a Universidade Humboldt em Berlim. "Mas parece que este evento em particular, chamado AT2019dsg, não gerou o neutrino quando ou como esperávamos. Está nos ajudando a entender melhor como esses fenômenos funcionam. "

As evidências, liderado por Stein, foram publicados na edição de 22 de fevereiro de Astronomia da Natureza e estão disponíveis online. Neutrinos são partículas fundamentais que superam em muito todos os átomos no universo, mas raramente interagem com outra matéria. Os astrofísicos estão particularmente interessados ​​em neutrinos de alta energia, que têm energias até 1, 000 vezes maior do que os produzidos pelos mais poderosos aceleradores de partículas da Terra. Eles pensam que os eventos mais extremos do universo, como violentas explosões galácticas, acelere as partículas quase à velocidade da luz. Essas partículas então colidem com a luz ou outras partículas para gerar neutrinos de alta energia. A primeira fonte confirmada de neutrino de alta energia, anunciado em 2018, era um tipo de galáxia ativa chamada blazar.

Os eventos de interrupção de maré ocorrem quando uma estrela azarada se aproxima muito de um buraco negro. As forças gravitacionais criam marés intensas que dividem a estrela em um fluxo de gás. A parte final do fluxo escapa do sistema, enquanto a parte principal gira de volta, cercando o buraco negro com um disco de detritos. Em alguns casos, o buraco negro lança jatos de partículas em movimento rápido. Os cientistas levantaram a hipótese de que as interrupções das marés produziriam neutrinos de alta energia dentro desses jatos de partículas. Eles também esperavam que os eventos produziriam neutrinos no início de sua evolução, no brilho máximo, qualquer que seja o processo de produção das partículas.

AT2019dsg foi descoberto em 9 de abril, 2019, pelo Zwicky Transient Facility (ZTF), uma câmera robótica no Observatório Palomar da Caltech, no sul da Califórnia. O evento ocorreu a mais de 690 milhões de anos-luz de distância, em uma galáxia chamada 2MASX J20570298 + 1412165, localizado na constelação de Delphinus.

Como parte de uma pesquisa de acompanhamento de rotina das interrupções das marés, Stein e sua equipe solicitaram visível, ultravioleta, e observações de raios-X com Swift. Eles também fizeram medições de raios-X usando o satélite XMM-Newton da Agência Espacial Europeia e medições de rádio com instalações, incluindo Karl G. Jansky Very Large Array do Observatório Nacional de Radioastronomia em Socorro, Novo México, e o telescópio MeerKAT do Observatório de Radioastronomia da África do Sul.

O brilho máximo veio e se foi em maio. Nenhum jato claro apareceu. De acordo com as previsões teóricas, O AT2019dsg parecia um pobre candidato a neutrino.

Então, em 1 de outubro, 2019, o Observatório de Neutrinos IceCube da National Science Foundation na Estação Amundsen-Scott do Pólo Sul na Antártica detectou um neutrino de alta energia chamado IC191001A e retrocedeu ao longo de sua trajetória até um local no céu. Cerca de sete horas depois, A ZTF observou que esse mesmo pedaço de céu incluía o AT2019dsg. Stein e sua equipe acham que há apenas uma chance em 500 de que a perturbação da maré não seja a fonte do neutrino. Como a detecção ocorreu cerca de cinco meses após o evento atingir o brilho máximo, levanta questões sobre quando e como essas ocorrências produzem neutrinos.

"Eventos de interrupção de maré são fenômenos incrivelmente raros, ocorrendo apenas uma vez a cada 10, 000 a 100, 000 anos em uma grande galáxia como a nossa. Os astrônomos observaram apenas algumas dezenas neste ponto, "disse o investigador principal do Swift, S. Bradley Cenko, no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. "As medições de comprimento de onda múltipla de cada evento nos ajudam a aprender mais sobre eles como uma classe, portanto, AT2019dsg era de grande interesse, mesmo sem uma detecção inicial de neutrino. "

Por exemplo, interrupções de maré geram luz visível e ultravioleta nas regiões externas de seus discos de acreção quentes. Em AT2019dsg, esses comprimentos de onda atingiram um platô logo após atingirem o pico. Isso era incomum porque esses planaltos geralmente aparecem apenas depois de alguns anos. Os pesquisadores suspeitam que o buraco negro monstruoso da galáxia, com uma massa estimada em 30 milhões de vezes a do Sol, poderia ter forçado os detritos estelares a se acomodarem em um disco mais rapidamente do que em um buraco negro menos massivo.

AT2019dsg é um dos poucos distúrbios de maré que emitem raios-X conhecidos. Os cientistas acham que os raios-X vêm da parte interna do disco de acreção, perto do buraco negro, ou de jatos de partículas de alta velocidade. Os raios X da explosão diminuíram em 98% sem precedentes em 160 dias. A equipe de Stein não vê evidências claras indicando a presença de jatos e, em vez disso, sugere que o resfriamento rápido do disco provavelmente explica a queda abrupta dos raios-X.

Nem todos concordam com esta análise. Outra explicação, de autoria de Walter Winter e Cecilia Lunardini do DESY, um professor da Arizona State University em Tempe, propõe que a emissão veio de um jato que foi rapidamente obscurecido por uma nuvem de destroços. Os pesquisadores publicaram sua interpretação alternativa na mesma edição da Astronomia da Natureza .

Os astrônomos acham que a emissão de rádio nesses fenômenos vem das partículas aceleradoras do buraco negro, tanto em jatos quanto em vazões mais moderadas. A equipe de Stein acredita que o AT2019dsg se enquadra na última categoria. Os cientistas também descobriram que a emissão de rádio continuou constante por meses e não diminuiu junto com a luz visível e ultravioleta, como assumido anteriormente.

A detecção de neutrino, combinado com as medições de comprimento de onda múltiplo, levou Stein e seus colegas a repensar como as interrupções das marés podem produzir neutrinos de alta energia.

A emissão de rádio mostra que a aceleração de partículas acontece mesmo sem claridade, jatos poderosos e podem operar bem após o pico de UV e brilho visível. Stein e seus colegas sugerem que essas partículas aceleradas podem produzir neutrinos em três regiões distintas da interrupção da maré:no disco externo por meio de colisões com luz ultravioleta, no disco interno por meio de colisões com raios-X, e na saída moderada de partículas por meio de colisões com outras partículas.

A equipe de Stein sugere que o neutrino do AT2019dsg provavelmente se originou da parte externa brilhante UV do disco, com base no fato de que a energia da partícula era mais de 10 vezes maior do que a que pode ser alcançada por aceleradores de partículas.

"Previmos que neutrinos e interrupções de maré poderiam estar relacionados, e ver isso pela primeira vez nos dados é muito empolgante, "disse o co-autor Sjoert van Velzen, professor assistente da Universidade de Leiden, na Holanda. "Este é outro exemplo do poder da astronomia multimensageira, usando uma combinação de luz, partículas, e ondulações de espaço-tempo para aprender mais sobre o cosmos. Quando eu era estudante de graduação, muitas vezes previa-se que esta nova era da astronomia estava chegando, mas agora fazer parte disso é muito gratificante. "