Astrônomos identificam 18 buracos negros devorando estrelas próximas

Astrônomos identificam 18 buracos negros devorando estrelas próximas

Carimbo de hora: 29 de janeiro de 2024, 12h04
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29 de janeiro de 2024 (Notícias do Nanowerk) Buracos negros destruidores de estrelas estão por toda parte no céu, se você souber como procurá-los. Essa é uma mensagem de um novo estudo realizado por cientistas do MIT, publicado no Astrophysical Journal (“A New Population of Mid-Infrared-Selected Tidal Disruption Events: Implications for Tidal Disruption Event Rates and Host Galaxy Properties”). Os autores do estudo estão relatando a descoberta de 18 novos eventos de perturbação de marés (TDEs) - casos extremos em que uma estrela próxima é atraída pelas marés para um buraco negro e despedaçada. À medida que o buraco negro se alimenta, ele emite uma enorme explosão de energia em todo o espectro eletromagnético. Os astrónomos detectaram eventos anteriores de perturbação das marés procurando por explosões características nas bandas ópticas e de raios-X. Até à data, estas pesquisas revelaram cerca de uma dúzia de eventos de destruição de estrelas no universo próximo. Os novos TDEs da equipe do MIT mais que duplicam o catálogo de TDEs conhecidos no universo. eventos de perturbação das marés Os cientistas do MIT identificaram 18 novos eventos de perturbação de marés (TDEs) – casos extremos em que uma estrela próxima é atraída pelas marés para um buraco negro e despedaçada. As detecções mais que duplicam o número de TDEs conhecidos no universo próximo. (Cortesia de Megan Masterson, Erin Kara, et al) Os investigadores detectaram estes eventos anteriormente “ocultos” observando uma banda não convencional: o infravermelho. Além de emitirem explosões ópticas e de raios X, os TDEs podem gerar radiação infravermelha, particularmente em galáxias “empoeiradas”, onde um buraco negro central está envolto em detritos galácticos. A poeira nestas galáxias normalmente absorve e obscurece a luz óptica e de raios X, e qualquer sinal de TDEs nestas bandas. No processo, a poeira também aquece, produzindo radiação infravermelha detectável. A equipa descobriu que as emissões infravermelhas, portanto, podem servir como um sinal de eventos de perturbação das marés. Ao observar a banda infravermelha, a equipa do MIT identificou muito mais TDEs, em galáxias onde tais eventos estavam anteriormente ocultos. Os 18 novos eventos ocorreram em diferentes tipos de galáxias, espalhadas pelo céu. “A maioria destas fontes não aparece em bandas ópticas”, diz a principal autora do estudo, Megan Masterson, estudante de pós-graduação no Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial do MIT. “Se quisermos compreender os TDEs como um todo e utilizá-los para investigar a demografia de buracos negros supermassivos, precisamos de olhar na banda infravermelha.” Outros autores do MIT incluem Kishalay De, Christos Panagiotou, Anna-Christina Eilers, Danielle Frostig e Robert Simcoe, e a professora assistente de física do MIT, Erin Kara, juntamente com colaboradores de várias instituições, incluindo o Instituto Max Planck de Física Extraterrestre na Alemanha.

Pico de calor

A equipe detectou recentemente o TDE mais próximo até agora, pesquisando através de observações infravermelhas. A descoberta abriu uma nova rota baseada no infravermelho pela qual os astrônomos podem procurar buracos negros que se alimentam ativamente. Essa primeira detecção estimulou o grupo a procurar mais TDEs. Para o seu novo estudo, os investigadores pesquisaram observações de arquivo obtidas pelo NEOWISE – a versão renovada do Wide-field Infrared Survey Explorer da NASA. Este telescópio satélite foi lançado em 2009 e, após um breve hiato, continuou a varrer todo o céu em busca de “transientes” infravermelhos ou breves explosões. A equipe examinou as observações arquivadas da missão usando um algoritmo desenvolvido pelo coautor Kishalay De. Este algoritmo identifica padrões nas emissões infravermelhas que são prováveis ​​sinais de uma explosão transitória de radiação infravermelha. A equipe então cruzou os transientes sinalizados com um catálogo de todas as galáxias próximas conhecidas dentro de 200 megaparsecs, ou 600 milhões de anos-luz. Eles descobriram que os transientes infravermelhos podem ser rastreados até cerca de 1,000 galáxias. Eles então ampliaram o sinal da explosão infravermelha de cada galáxia para determinar se o sinal surgiu de uma fonte diferente de um TDE, como um núcleo galáctico ativo ou uma supernova. Depois de descartar estas possibilidades, a equipa analisou então os sinais restantes, procurando um padrão infravermelho característico de um TDE - nomeadamente, um pico acentuado seguido de uma queda gradual, reflectindo um processo pelo qual um buraco negro, ao destruir um estrela, de repente aquece a poeira circundante a cerca de 1,000 Kelvin antes de esfriar gradualmente. Esta análise revelou 18 sinais “limpos” de eventos de perturbação das marés. Os investigadores fizeram um levantamento das galáxias em que cada TDE foi encontrado e constataram que ocorriam numa série de sistemas, incluindo galáxias poeirentas, em todo o céu. “Se você olhasse para o céu e visse um monte de galáxias, os TDEs ocorreriam representativamente em todas elas”, diz Masteron. “Não é que ocorram apenas num tipo de galáxia, como as pessoas pensavam com base apenas em pesquisas ópticas e de raios-X.” “Agora é possível observar através da poeira e completar o censo dos TDEs próximos”, diz Edo Berger, professor de astronomia na Universidade de Harvard, que não esteve envolvido no estudo. “Um aspecto particularmente interessante deste trabalho é o potencial de estudos de acompanhamento com grandes pesquisas infravermelhas, e estou entusiasmado para ver quais descobertas eles produzirão.”

Uma solução empoeirada

As descobertas da equipe ajudam a resolver algumas questões importantes no estudo de eventos de perturbação das marés. Por exemplo, antes deste trabalho, os astrónomos tinham visto principalmente TDEs num tipo de galáxia – um sistema “pós-explosão estelar” que anteriormente tinha sido uma fábrica de formação de estrelas, mas que desde então se instalou. Este tipo de galáxia é raro, e os astrónomos ficaram intrigados sobre a razão pela qual os TDEs pareciam estar a surgir apenas nestes sistemas mais raros. Acontece que esses sistemas também são relativamente desprovidos de poeira, tornando as emissões ópticas ou de raios X de um TDE naturalmente mais fáceis de detectar. Agora, olhando na banda infravermelha, os astrônomos são capazes de ver TDEs em muito mais galáxias. Os novos resultados da equipa mostram que os buracos negros podem devorar estrelas numa série de galáxias, não apenas em sistemas pós-explosão estelar. As descobertas também resolvem o problema da “falta de energia”. Os físicos previram teoricamente que os TDEs deveriam irradiar mais energia do que o que foi realmente observado. Mas a equipe do MIT afirma agora que a poeira pode explicar a discrepância. Eles descobriram que se um TDE ocorresse numa galáxia empoeirada, a própria poeira poderia absorver não apenas emissões ópticas e de raios X, mas também radiação ultravioleta extrema, numa quantidade equivalente à suposta “energia em falta”. As 18 novas detecções também estão a ajudar os astrónomos a estimar a taxa à qual ocorrem TDEs numa determinada galáxia. Quando calculam os novos TDEs com as detecções anteriores, estimam que uma galáxia sofre um evento de perturbação de maré uma vez a cada 50,000 anos. Essa taxa se aproxima mais das previsões teóricas dos físicos. Com mais observações infravermelhas, a equipa espera resolver a taxa de TDEs e as propriedades dos buracos negros que os alimentam. “As pessoas estavam criando soluções muito exóticas para esses quebra-cabeças e agora chegamos ao ponto em que podemos resolver todos eles”, diz Kara. “Isso nos dá a confiança de que não precisamos de toda essa física exótica para explicar o que estamos vendo. E temos um melhor controle sobre a mecânica por trás de como uma estrela é dilacerada e engolida por um buraco negro. Estamos entendendo melhor esses sistemas.”

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