Ilustração de um evento de ruptura de maré em Arp 299. A poderosa gravidade do buraco negro supermassivo despedaça a estrela, puxando material para um disco giratório em redor do buraco negro, e lançando para fora um jato de partículas. A imagem de fundo é uma imagem do par de galáxias em colisão Arp 299, pelo Telescópio Espacial Hubble.
Crédito. Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF; NASA, STScI
Pela primeira vez, os astrônomos observaram diretamente a formação e expansão de um jato veloz de material expulso quando a poderosa gravidade de um buraco negro supermassivo rasgou uma estrela que se aproximou demasiado do monstro cósmico.
Os cientistas acompanharam o evento com radiotelescópios e telescópios infravermelhos, incluindo o VLBA (Very Long Baseline Array) do NSF (National Science Foundation), num par de galáxias em colisão chamado Arp 299, a quase 150 milhões de anos-luz da Terra. No centro de uma das galáxias, um buraco negro 20 milhões de vezes mais massivo do que o Sol despedaçou uma estrela com duas massas solares, desencadeando uma cadeia de eventos que revelou detalhes importantes acerca do encontro violento.
Apenas foram detetadas algumas destas mortes estelares, chamadas eventos de rutura de maré, embora os cientistas tenham teorizado que podem ser uma ocorrência mais comum. Os teóricos sugeriram que o material retirado da estrela moribunda forma um disco giratório em redor do buraco negro, emitindo raios-X intensos e luz visível, e que também lança jatos de material para fora a partir dos polos do disco, quase à velocidade da luz.
"Nunca tínhamos conseguido observar diretamente a formação e evolução de um jato destes eventos," afirma Miguel Perez-Torres, do Instituto Astrofísico da Andaluzia, em Granada, Espanha.
A primeira indicação veio no dia 30 de janeiro de 2005, quando astrônomos que usavam o Telescópio William Herschel nas Ilhas Canárias descobriram uma explosão brilhante de emissão infravermelha oriunda do núcleo de uma das galáxias em colisão em Arp 299. No dia de 17 de julho de 2005, o VLBA revelou uma nova e distinta fonte de emissão de rádio no mesmo local.
"Com o passar do tempo, o novo objeto permaneceu brilhante no infravermelho e no rádio, mas não no visível e raios-X," acrescenta Seppo Mattila, da Universidade de Turku, na Finlândia. "A explicação mais provável é que o espesso gás interestelar e a poeira perto do centro da galáxia absorveram os raios-X e a luz visível, irradiados depois no infravermelho". Os investigadores usaram o Telescópio Ótico Nórdico nas Ilhas Canárias e o telescópio espacial Spitzer da NASA para acompanhar a emissão infravermelha do objeto.
As observações de seguimento com o VLBA, com a EVN (European VLBI Network) e outros radiotelescópios, realizados ao longo de quase uma década, mostraram a fonte de emissão de rádio a expandir-se numa única direção, tal como o esperado para um jato. A expansão medida indicou que o material no jato se movia a uma média de um-quarto da velocidade da luz. Felizmente, as ondas de rádio não são absorvidas no núcleo da galáxia, mas encontram o seu caminho através dele até alcançar a Terra.
Estas observações usaram múltiplas antenas de rádio, separadas por milhares de quilômetros, para obter o poder de resolução, ou capacidade para ver bons detalhes, necessário para detetar a expansão de um objeto tão distante. A paciente recolha de dados, durante anos, recompensou os cientistas com evidências de um jato.
A maioria das galáxias tem um buraco negro supermassivo, com milhões ou milhares de milhões de vezes a massa do Sol, no núcleo. Num buraco negro, a massa está tão concentrada que a sua atração gravitacional é tão forte que nem a luz consegue escapar. Quando esses buracos negros supermassivos estão ativamente a atrair material do meio-ambiente em redor, esse material forma um disco giratório em redor do buraco negro, e jatos supervelozes de partículas são lançados para fora. Este é o fenômeno visto em galáxias de rádio e quasares.
"No entanto, na maior parte do tempo, os buracos negros supermassivos não estão devorando nada, encontram-se num estado silencioso," explicou Perez-Torres. "Os eventos de rutura de maré podem fornecer-nos uma oportunidade única para avançar a nossa compreensão da formação e evolução de jatos nas vizinhanças desses poderosos objetos," acrescentou.
"Por causa da poeira que absorveu qualquer luz visível, este evento específico de rutura de marés pode ser apenas a ponta do iceberg do que até agora era uma população oculta," afirma Mattila. "Ao procurarmos estes eventos com radiotelescópios e telescópios infravermelhos, podemos ser capazes de descobrir muitos mais e de aprender com eles," comenta.
Tais eventos podem ter sido mais comuns no Universo distante, de modo que o seu estudo pode ajudar os cientistas a entender o ambiente no qual as galáxias se desenvolveram há milhares de milhões de anos atrás.
A descoberta, disseram os cientistas, foi uma surpresa. A explosão infravermelha inicial foi descoberta como parte de um projeto que procurava detetar explosões de supernova em tais pares de galáxias em colisão. Já foram vistas várias explosões estelares em Arp 299, até apelidada de "fábrica de supernovas". Este novo objeto foi originalmente considerado uma explosão de supernova. Somente em 2011, seis anos após a descoberta, a porção de emissão de rádio começou a mostrar um alongamento. O acompanhamento subsequente mostrou a expansão a crescer, confirmando que o que os cientistas estavam a observar era um jato, não uma supernova.
Mattila e Perez-Torres lideraram uma equipa de 36 cientistas de 26 instituições em todo o mundo nas observações de Arp 299. Publicaram os seus achados na edição online de 14 de junho da revista Science. Para parte deste trabalho, foram usados dados do VLBA do NSF e do GBT (Green Bank Telescope).
Animação que mostra a expansão da região que emite rádio onde a estrela foi dilacerada pelo buraco negro supermassivo. A expansão indica que o jato de partículas se move para fora.
Crédito: Matilla, Perez-Torres, et al.; Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF
Imagens rádio do evento de ruptura de maré em Arp 299.
Crédito: Mattila, Perez-Torres, et al., B. Saxton, NRAO/AUI/NSF
FONTE: ASTRONOMIA ONLINE
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