Ao contrário das galáxias ativas que constantemente puxam o materials circundante, esses buracos negros ficam adormecidos, acordando brevemente para se banquetear em uma estrela que passava.
Os astrônomos da MIT, Universidade de Columbia e de outros lugares usaram o Telescópio Espacial James Webb da NASA (JWST) para espiar o pó de galáxias próximas e as consequências do banquete estelar de um buraco negro.
Em um estudo aparecendo hoje em LETRAS ASTROFísicas do Jornalos pesquisadores relatam que, pela primeira vez, o JWST observou vários eventos de interrupção das marés – instâncias em que o buraco negro central de uma galáxia se baseia em uma estrela próxima e levanta as forças das marés que rasgam a estrela para destruir, emitindo uma enorme explosão de energia no processo.
Os cientistas observaram cerca de 100 eventos de interrupção das marés (TDEs) desde os anos 90, principalmente como raios-X ou luz óptica que pisca em galáxias relativamente sem poeira. Mas como pesquisadores do MIT recentemente relatadopode haver muitos outros eventos de trituração de estrelas no universo que estão “escondidos” em galáxias mais dustres e com gás.
Em seu trabalho anterior, a equipe descobriu que a maior parte do raio-X e da luz óptica que um TDE transmitem pode ser obscurecido pela poeira de uma galáxia e, portanto, pode não ser visto pelos telescópios tradicionais de raios-X e ópticos. Mas essa mesma explosão de luz pode aquecer a poeira circundante e gerar um novo sinal, na forma de luz infravermelha.
Agora, os mesmos pesquisadores usaram o JWST – o detector infravermelho mais poderoso do mundo – para estudar sinais de quatro galáxias empoeiradas, onde suspeitam que os eventos de interrupção das marés ocorrem. Dentro da poeira, o JWST detectou impressões digitais claras de acréscimo de buracos negros, um processo pelo qual materials, como detritos estelares, círculos e eventualmente cai em um buraco negro. O telescópio também detectou padrões que são surpreendentemente diferentes da poeira que envolve galáxias ativas, onde o buraco negro central está constantemente puxando o materials circundante.
Juntos, as observações confirmam que um evento de interrupção das marés ocorreu de fato em cada uma das quatro galáxias. Além disso, os pesquisadores concluem que os quatro eventos eram produtos de buracos negros não ativos, mas sim adormecidos, que experimentaram pouca ou nenhuma atividade até que uma estrela passasse.
Os novos resultados destacam o potencial da JWST de estudar em detalhes, de outra forma, os eventos ocultos de interrupção das marés. Eles também estão ajudando os cientistas a revelar diferenças importantes nos ambientes em torno de buracos negros ativos versus adormecidos.
“Essas são as primeiras observações do JWST de eventos de interrupção das marés, e elas não se parecem com o que já vimos antes”, diz o principal autor Megan Mastersonum estudante de graduação no MIT Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial. “Aprendemos que eles são realmente alimentados pelo acréscimo do buraco negro e não se parecem com ambientes em torno de buracos negros ativos normais. O fato de agora sermos capazes de estudar como esse ambiente adormecido em buracos negros realmente se parece é um aspecto emocionante”.
Os autores do MIT do estudo incluem Christos PanagiotouAssim, Erin KaraAssim, Anna-Christina Eilersjuntamente com a Universidade Kishalay de Columbia e colaboradores de várias outras instituições.
Vendo a luz
O novo estudo expande o trabalho anterior da equipe usando outro detector de infravermelho-a missão de pesquisa infravermelha de campo ampla da NASA (NEOWISE). Usando um algoritmo desenvolvido pelo co-autor Kishalay de da Universidade de Columbia, a equipe pesquisou durante uma década de dados do telescópio, procurando “transientes” infravermelhos ou picos curtos de atividade infravermelha de galáxias tranquilas que podem ser sinalizadas de um buraco preto e despertar brevemente. Essa pesquisa descobriu cerca de uma dúzia de sinais que o grupo determinado provavelmente foi produzido por um evento de interrupção das marés.
“Com esse estudo, encontramos essas 12 fontes que se parecem com o TDES”, diz Masterson. “Fizemos muitos argumentos sobre como os sinais eram muito enérgicos, e as galáxias não pareciam estar ativas antes, então os sinais deveriam ter sido de um TDE repentino. Mas, exceto por essas pequenas peças, não havia evidências diretas”.
Com as capacidades muito mais sensíveis do JWST, os pesquisadores esperavam discernir “linhas espectrais” importantes ou luz infravermelha em comprimentos de onda específicos, que seriam impressões digitais claras das condições associadas a um evento de interrupção das marés.
“Com Neowise, é como se nossos olhos só pudessem ver luz vermelha ou luz azul, enquanto que com JWST, estamos vendo o arco -íris completo”, diz Masterson.
Um sinal de boné
Em seu novo trabalho, o grupo procurou especificamente um pico no infravermelho, que só poderia ser produzido pelo acumulação de buracos negros – um processo pelo qual o materials é traçado em direção a um buraco negro em um disco circulante de gás. Este disco produz uma enorme quantidade de radiação que é tão intensa que pode expulsar elétrons de átomos individuais. Em explicit, esses processos de acréscimo podem explodir vários elétrons dos átomos de neon, e o íon resultante pode fazer a transição, liberando a radiação infravermelha em um comprimento de onda muito específico que o JWST pode detectar.
“Não há mais nada no universo que possa excitar esse gás a essas energias, exceto a acumulação de buracos negros”, diz Masterson.
Os pesquisadores procuraram esse sinal de fumar em quatro dos 12 candidatos a TDE que identificaram anteriormente. Os quatro sinais incluem: o Evento de interrupção mais próximo de maré detectado até o momento, localizado em uma galáxia a cerca de 130 milhões de anos -luz de distância; um TDE que também exibe uma explosão de luz de raios-X; um sinal que pode ter sido produzido por gás circulando em velocidades incrivelmente altas em torno de um buraco negro central; e um sinal que também incluía um flash óptico, que os cientistas já haviam suspeito de ser uma supernova, ou o colapso de uma estrela moribunda, em vez de um evento de interrupção.
“Esses quatro sinais estavam o mais próximo possível de uma coisa certa”, diz Masterson. “Mas os dados do JWST nos ajudaram a dizer definitivamente esses são TDEs de boa -fé”.
Quando a equipe apontou o JWST para as galáxias de cada um dos quatro sinais, em um programa projetado por DE, eles observaram que as linhas espectrais reveladoras apareciam nas quatro fontes. Essas medidas confirmaram que o acréscimo do buraco negro ocorreu nas quatro galáxias. Mas a pergunta permaneceu: esse acréscimo foi uma característica temporária, desencadeada por uma interrupção das marés e um buraco negro que acordou brevemente para se deleitar em uma estrela que passava? Ou esse acréscimo foi uma característica mais permanente de buracos negros “ativos” que estão sempre ligados? No caso deste último, seria menos provável que tenha ocorrido um evento de interrupção das marés.
Para diferenciar entre as duas possibilidades, a equipe usou os dados do JWST para detectar outro comprimento de onda da luz infravermelha, que indica a presença de silicatos ou poeira na galáxia. Eles então mapearam essa poeira em cada uma das quatro galáxias e compararam os padrões com os de galáxias ativas, conhecidas por abrigar nuvens de poeira em forma de rosquinha em torno do buraco negro central. Masterson observou que todas as quatro fontes mostraram padrões muito diferentes em comparação com galáxias ativas típicas, sugerindo que o buraco negro no centro de cada uma das galáxias não é normalmente ativo, mas adormecido. Se um disco de acreção formado em torno de um buraco negro, os pesquisadores concluem que deve ter sido resultado de um evento de interrupção das marés.
“Juntos, essas observações dizem que a única coisa que esses explosões podem ser são TDEs”, diz Masterson.
Ela e seus colaboradores planejam descobrir muitos outros eventos de interrupção de marés anteriormente escondidos, com Neowise, JWST e outros telescópios infravermelhos. Com detecções suficientes, eles dizem que os TDEs podem servir como sondas eficazes de propriedades do buraco negro. Por exemplo, quanto de uma estrela é triturada e a rapidez com que seus detritos são acumulados e consumidos, podem revelar propriedades fundamentais de um buraco negro, como o quão massivo é e a rapidez com que gira.
“O processo actual de um buraco negro devorando todo o materials estelar leva muito tempo”, diz Masterson. “Não é um processo instantâneo. E espero que possamos começar a investigar quanto tempo esse processo leva e como esse ambiente se parece. Ninguém sabe porque começamos a descobrir e estudar esses eventos”.
