Astrônomos testemunharam a ativação energética de um buraco negro

Uma equipe de astrônomos liderada por pesquisadores da Universidade de Birmingham, University College London e King's University Belfast descobriu um dos mais dramáticos buracos negros "ligados" já observados. Eles apresentarão seus resultados na terça-feira, 4 de julho, às Encontro Nacional de Astronomia 2023 em Cardiff.

J221951-484240, conhecido como J221951, é um dos transientes mais brilhantes – objetos astrofísicos que mudam seu brilho em um curto período de tempo – já registrado. Foi descoberto pela Dra. Samantha Oates, astrônoma da Universidade de Birmingham, e sua equipe em setembro de 2019, enquanto procurava luz eletromagnética de uma onda gravitacional. A equipe usou os telescópios ultravioleta e óptico a bordo do Neil Gerrells Swift Observatory para procurar uma kilonova, a assinatura de uma estrela de nêutrons se fundindo com outra estrela de nêutrons ou buraco negro. Normalmente, a quilonova parece azul, depois desbota e fica vermelha em alguns dias. Em vez disso, eles encontraram algo ainda mais incomum: J221951. Parecia azul, mas não mudou de cor nem desbotou tão rápido quanto a kilonova.

Vários telescópios foram usados ​​para observar J221951 e determinar sua natureza, incluindo os telescópios espaciais Swift/UVOT e Hubble da NASA, o South African Large Telescope e instrumentos do ESO, como o Very Large Telescope e o instrumento GROND no telescópio MPG/ESO de 2,2 metros. no observatório de La Silla.

O espectro de J221951 obtido pelo Telescópio Espacial Hubble descartou uma conexão de onda gravitacional de J221951. Ao estudar o espectro de luz de J221951, a Dra. Oates e sua equipe conseguiram determinar que a fonte está a cerca de 10 bilhões de anos-luz de distância, em contraste com o sinal da onda gravitacional, que foi detectado a menos de 0,5 bilhão de anos-luz de distância. O fato de brilhar tão intensamente a uma distância tão grande torna J221951 um dos transientes mais brilhantes já descobertos.

Evidências sugerem que J221951 se formou como resultado de um buraco negro supermassivo que absorveu o material circundante muito rapidamente. Uma galáxia vermelha foi observada em J221951 antes de sua descoberta, e a localização de J221951 é consistente com o centro da galáxia, onde um enorme buraco negro deveria residir naturalmente. Começou a brilhar muito repentinamente - cerca de 10 meses antes de ser detectado pela primeira vez - o que significa que o buraco negro começou a se alimentar muito rapidamente depois de ficar quieto por um tempo. O espectro ultravioleta mostra características de absorção consistentes com o material empurrado para fora por uma enorme liberação de energia. Isso, combinado com a alta luminosidade, faz deste um dos buracos negros mais dramáticos já observados.

A equipe identificou dois possíveis mecanismos que poderiam explicar essa alimentação extrema de um buraco negro supermassivo. A primeira é que poderia ter sido causada por uma perturbação de maré – a destruição de uma estrela ao passar perto do buraco negro supermassivo no centro de sua galáxia. A segunda opção é que poderia ter sido causado por um núcleo galáctico ativo que "mudou seu estado" de dormente para ativo. J221951 sinalizaria então que o buraco negro adormecido no centro da galáxia hospedeira começou a se alimentar de material do disco de acreção.

Matt Nicholl, membro da equipe da King's University Belfast, disse: "Nossa compreensão das diferentes coisas que os buracos negros supermassivos podem fazer se expandiu muito nos últimos anos, graças à descoberta de explosões estelares e acréscimo de buracos negros com luminosidades extremamente variáveis. " Ele acrescenta: “J221951 é um dos exemplos mais extremos de um buraco negro nos pegando de surpresa. A observação adicional de J221951 para determinar a liberação total de energia pode nos permitir determinar se esta é uma absorção de maré da estrela por um buraco negro em rápida rotação ou um novo tipo de ativação de AGN”.

Dr. N. Paul Quinn, outro membro da equipe do Laboratório de Ciências Espaciais. Mallard, da University College London, disse: "A principal descoberta foi que o espectro ultravioleta obtido pelo Hubble descartou uma origem galáctica. Isso mostra como é importante manter as capacidades do espectrógrafo UV baseado no espaço no futuro."

A Dra. Samantha Oates acrescenta: “No futuro, poderemos obter pistas importantes para distinguir um evento de ruptura de maré de cenários de núcleo galáctico ativo. Por exemplo, se J221951 estiver associado à ativação de uma supernova, podemos esperar que ela pare de desaparecer e volte a crescer em brilho, enquanto que se J221951 for um distúrbio de maré, esperaríamos que continue a desaparecer. Teremos de continuar a observar o J221951 nos próximos meses e anos para capturar o seu comportamento tardio."

Leia também:

• O buraco negro supermassivo Sagitário A* acordou há 200 anos
• Um buraco negro exilado corre pelo espaço acompanhado por uma cauda de estrelas bebês