O XMM-Newton da Agência Espacial Europeia está a desempenhar um papel crucial na investigação das explosões mais longas e energéticas de raios-x vistas a partir de um buraco negro recém-desperto. Observar este comportamento estranho a desenrolar-se em tempo real oferece uma oportunidade única de aprender mais sobre estes eventos poderosos e o comportamento misterioso dos buracos negros maciços.
Embora saibamos que os buracos negros supermassivos (milhões de vezes a massa do nosso Sol) se escondem no centro da maioria das galáxias, a sua própria natureza torna-os difíceis de detetar e estudar. Em contraste com a ideia popular de buracos negros a “devorar” constantemente matéria, estes monstros gravitacionais podem passar longos períodos de tempo numa fase dormente e inativa.
Isto verificou-se no caso do buraco negro no coração de SDSS1335+0728, uma galáxia distante e comum a 300 milhões de anos-luz de distância, na constelação de Virgem. Depois de ter estado inativo durante décadas, acendeu-se subitamente e começou recentemente a produzir flashes de luz de raios-x sem precedentes.
Os primeiros sinais de atividade surgiram no final de 2019, quando a galáxia começou inesperadamente a brilhar intensamente, atraindo a atenção dos astrónomos. Depois de o estudarem durante vários anos, concluíram que as mudanças invulgares que observaram eram provavelmente o resultado do buraco negro “ligar” repentinamente — entrando numa fase ativa. A região central brilhante e compacta da galáxia é agora classificada como um núcleo galáctico ativo, apelidado de ‘Ansky’.
“Quando vimos Ansky iluminar-se pela primeira vez em imagens óticas, iniciámos observações de acompanhamento utilizando o telescópio espacial de raios-x Swift da NASA e verificámos dados arquivados do telescópio de raios X eROSITA , mas na altura não vimos qualquer evidência de emissões de raios-x”, diz Paula Sánchez Sáez, investigadora do Observatório Europeu do Sul, na Alemanha, e líder da equipa que primeiro explorou a ativação do buraco negro.
Ansky acorda
Depois, em Fevereiro de 2024, uma equipa liderada por Lorena Hernández-García, investigadora da Universidade de Valparaíso, no Chile, começou a ver explosões de raios-x de Ansky a intervalos quase regulares.
“Este evento raro oferece aos astrónomos a oportunidade de observar o comportamento de um buraco negro em tempo real, utilizando os telescópios espaciais de raios X XMM-Newton e os telescópios NICER, Chandra e Swift da NASA. Este fenómeno é conhecido como erupção quase periódica, ou QPE. Os QPEs são eventos de erupções de curta duração. E esta é a primeira vez que observamos um evento como este num buraco negro que parece estar a despertar”, explica Lorena.
O primeiro episódio de QPE foi descoberto em 2019 e, desde então, apenas detetámos alguns outros. Ainda não compreendemos o que os causa. Estudar Ansky ajudar-nos-á a compreender melhor os buracos negros e como evoluem.
O XMM-Newton desempenhou um papel fundamental no nosso estudo. É o único telescópio de raios-x suficientemente sensível para detetar a luz de fundo de raios-x mais fraca entre as explosões. Com o XMM-Newton, pudemos medir o quão fraca se torna a luz Ansky, o que nos permitiu calcular quanta energia Ansky liberta quando acende e começa a piscar.
Desvendando comportamentos intrigantes
A gravidade de um buraco negro captura a matéria que se aproxima demasiado e pode destruí-lo. A matéria de uma estrela capturada, por exemplo, seria espalhada num disco quente, brilhante e de rotação rápida, chamado disco de acreção. O pensamento atual é que os QPEs são causados por um objeto (que pode ser uma estrela ou um pequeno buraco negro) interagindo com esse disco de acreção e têm sido associados à destruição de uma estrela. Mas não há provas de que Ansky tenha destruído uma estrela.
As características extraordinárias das explosões recorrentes de Ansky levaram a equipa de investigação a considerar outras possibilidades. O disco de acreção pode ser formado por gás capturado pelo buraco negro da sua vizinhança, e não por uma estrela desintegrada. Neste cenário, as erupções de raios-x viriam de choques altamente energéticos no disco, provocados por um pequeno objeto celeste que viaja e interrompe o material em órbita, repetidamente.
“As explosões de raios-x do Ansky são dez vezes mais longas e dez vezes mais luminosas do que as que vemos num QPE típico”, diz Joheen Chakraborty, membro da equipa e estudante de doutoramento no Instituto de Tecnologia de Massachusetts, EUA.
Cada uma destas erupções liberta cem vezes mais energia do que já vimos noutros lugares. As erupções de Ansky apresentam também a cadência mais elevada já observada, de cerca de 4,5 dias. Isto leva os nossos modelos ao limite e desafia as nossas ideias existentes sobre a forma como estes ‘flashes’ de raios-x são gerados.
Observar um buraco negro em ação
Poder observar a evolução de Ansky em tempo real é uma oportunidade sem precedentes para os astrónomos aprenderem mais sobre os buracos negros e os eventos energéticos que geram.
“Para os QPE, ainda estamos no ponto em que temos mais modelos do que dados, e precisamos de mais observações para compreender o que está a acontecer”, afirma o investigador da ESA e astrónomo de raios-x, Erwan Quintin.
Pensávamos que as QPEs eram o resultado de pequenos objetos celestes captados por outros muito maiores e que desciam em espiral na sua direção. As erupções de Ansky parecem contar-nos uma história diferente. Estas explosões repetitivas estão também provavelmente associadas a ondas gravitacionais que a futura missão LISA da ESA poderá captar.
“É crucial ter estas observações de raios-x que complementarão os dados das ondas gravitacionais e nos ajudarão a resolver o comportamento intrigante dos buracos negros maciços”.
Tradução automática via Google
Texto original: From boring to bursting: a giant black hole awakens
Imagens: ESA