Observação de buraco negro devorando estrela ajuda astrônomos a pesquisar matéria escura

Ilustração artística de uma estrela sendo devorada por um buraco negro, emitindo um clarão e deixando um anel de poeira estrelar ao redor. Crédito NASA/JPL-CALTECH.

A atração gravitacional de buracos negros os deixa sempre dispostos a refeições cada vez maiores. Estrelas, gases e poeira são alguns de seus pratos favoritos. E eles não são bons em esconder as evidências: astrônomos da Universidade de Arizona apresentam suas observações da última vítima de um desses gigantes.

No artigo publicado no The Astrophysical Journal, os cientistas analisaram a emissão de raios-X dos restos de uma estrela enquanto esta era despedaçada pela gravidade de um buraco negro. Episódios como esse, batizado de J2150, são chamados de “eventos de perturbação de marés,” e deixam para trás muitas informações que podem ser posteriormente estudadas. “O fato que conseguimos capturar este buraco negro enquanto ele devorava uma estrela oferece uma oportunidade de observar o que de outra forma seria invisível,” disse Ann Zabludoff, professora de astronomia da Universidade de Arizona e co-autora do artigo.

Quando a estrela se aproximou do buraco negro em questão e começou a ser atraída por sua gravidade, grandes quantidades de poeira foram liberadas no espaço ao redor. Além disso, a matéria estelar, ao sofrer os efeitos da gravidade, foi acelerada, criando um clarão e emitindo grandes quantidades de radiação eletromagnética, possivelmente mais brilhantes que todas as estrelas de sua galáxia.

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Normalmente, buracos negros de massa intermediária, como o relativo ao J2150, são de difícil detecção e estudo. Dessa forma, é preciso que os cientistas analisem os efeitos de sua gravidade para “enxergá-los”. E, para isso, não há oportunidade melhor que um evento de perturbação de marés.

Apesar de impressionantes, esses episódios não são raros. Graças a observações astronômicas modernas, sabemos que a maioria das galáxias do mesmo tamanho ou maiores que a Via Láctea possuem buracos negros supermassivos em seus centros — e eles devoram o material dos arredores constantemente. Mas, como explica o co-autor do estudo Peter Jonker, da Universidade Radboud e do Instituto SRON para Pesquisa Espacial (ambos na Holanda), não é tão fácil detectar buracos negros de porte intermediário, como o ocorreu no caso do J2150. “Devido aos limites observacionais, é difícil descobrir buracos negros centrais menores que 1 milhão de massas solares,” disse ele.

A radiação emitida nesta “refeição” permitiu ao grupo de pesquisadores determinar a massa e a velocidade de rotação do buraco negro — J2150 gira rapidamente, e possui massa intermediária, equivalente a apenas 10 mil vezes a massa do nosso sol.

Buracos negros como laboratórios espaciais

O que tornou as novas observações interessantes foi o nível de detalhe que os cientistas conseguiram inferir a partir das emissões raio-X. Com descobertas como essa, astrônomos tentam entender as origens de buracos negros supermassivos — que apesar de abundantes, ainda têm seu processo de formação e crescimento desconhecido.

Os dados de rotação talvez sejam mais interessantes que a massa: eles permitem testar hipóteses sobre matéria escura, substância indetectável, mas que corresponde a maior parte da massa do Universo. Uma das hipóteses de sua composição é que essa matéria é formada por “bósons ultraleves”, tipos específicos de partículas elementares ainda desconhecidas. “Nossa medição da rotação exclui uma larga classe de teorias de bósons ultraleves, demonstrando o valor de buracos negros como laboratórios extraterrestres para a física de partículas,” explica Nicholas Stone, professor sênior na Universidade Hebraica de Jerusalém. Através das observações, astrônomos da equipe concluíram que várias dessas partículas são leves ou pesadas demais para que o J2150 possa girar tão rápido — e, portanto, não poderiam formar sua matéria escura.

Apesar dos avanços, mais observações de eventos de perturbação de marés são desejáveis para compreender não só a composição da matéria escura, mas também a quantidade e formação dos buracos negros de variados tamanhos.

Publicado em 01/10/2021.