Cientistas que utilizam observações do Observatório Neil Gehrels Swift da NASA descobriram, pela primeira vez, o sinal proveniente de um par de buracos negros gigantes que estão a perturbar uma nuvem de gás no centro de uma galáxia.
“É um evento muito estranho, denominado AT 2021hdr, que ocorre repetidamente a cada poucos meses,” explicou Lorena Hernández-García, astrofísica do Instituto de Astrofísica do Milénio, do Núcleo Milénio para Pesquisa Transversal e Tecnologia para Explorar Buracos Negros Supermassivos, e da Universidade de Valparaíso no Chile. “Acreditamos que uma nuvem de gás envolveu os buracos negros. À medida que orbitam um ao outro, os buracos negros interagem com a nuvem, perturbando e consumindo o seu gás. Isto resulta num padrão oscilante na luz emitida pelo sistema.”
Um artigo sobre o AT 2021hdr, liderado por Hernández-García, foi publicado a 13 de novembro na revista Astronomy and Astrophysics.
Os buracos negros duplos estão localizados no centro de uma galáxia denominada 2MASX J21240027+3409114, a uma distância de 1 bilião de anos-luz na constelação norte de Cygnus. O par está separado por cerca de 26 mil milhões de quilómetros, uma distância tão curta que a luz demora apenas um dia a percorrê-la. Juntos, contêm uma massa equivalente a 40 milhões de vezes a do Sol.
Os cientistas estimam que os buracos negros completam uma órbita a cada 130 dias e que irão colidir e fundir-se dentro de aproximadamente 70.000 anos.
AT 2021hdr foi inicialmente detectado em março de 2021 pelo ZTF (Zwicky Transient Facility), liderado pelo Caltech, no Observatório Palomar, na Califórnia. Foi sinalizado como uma fonte potencialmente interessante pelo ALeRCE (Aprendizagem Automática para a Classificação Rápida de Eventos). Esta equipa multidisciplinar combina ferramentas de inteligência artificial com conhecimento humano para reportar eventos no céu noturno à comunidade astronómica, utilizando os imensos dados recolhidos por programas de pesquisa como o ZTF.
“Embora este brilho tenha sido inicialmente interpretado como uma supernova, os surtos em 2022 levaram-nos a considerar outras explicações,” disse a co-autora Alejandra Muñoz-Arancibia, membro da equipa ALeRCE e astrofísica do Instituto de Astrofísica do Milénio e do Centro de Modelagem Matemática da Universidade do Chile. “Cada evento subsequente ajudou-nos a refinar o nosso modelo do que está a acontecer no sistema.”
Desde o primeiro brilho, o ZTF tem detetado surtos do AT 2021hdr a cada 60 a 90 dias.
Hernández-García e a sua equipa têm observado a fonte com o Swift desde novembro de 2022. O Swift ajudou-os a determinar que o sistema binário produz oscilações em luz ultravioleta e raios-X nas mesmas escalas temporais que o ZTF as deteta na gama visível.
Os investigadores realizaram uma eliminação meticulosa de diferentes modelos para explicar o que observaram nos dados.
Inicialmente, pensaram que o sinal poderia ser o subproduto de atividade normal no centro galáctico. Depois consideraram se um evento de perturbação de maré — a destruição de uma estrela que se aproximou demasiado de um dos buracos negros — poderia ser a causa.
Finalmente, concluíram que a possibilidade mais provável seria a perturbação de maré de uma nuvem de gás, uma maior do que o próprio sistema binário. Quando a nuvem encontrou os buracos negros, a gravidade rasgou-a, formando filamentos em torno do par, e o atrito começou a aquecê-la. O gás tornou-se particularmente denso e quente perto dos buracos negros. À medida que o sistema binário orbita, a complexa interação de forças ejeta parte do gás do sistema a cada rotação. Estas interações produzem a luz flutuante que o Swift e o ZTF observam.
Hernández-García e a sua equipa planeiam continuar as observações do AT 2021hdr para compreender melhor o sistema e melhorar os seus modelos. Também estão interessados em estudar a galáxia de origem, que atualmente está em processo de fusão com outra galáxia próxima — um evento relatado pela primeira vez no seu artigo.
“À medida que o Swift se aproxima do seu 20.º aniversário, é incrível ver toda a nova ciência que ainda está a ajudar a comunidade a realizar,” disse S. Bradley Cenko, investigador principal do Swift no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland. “Ainda há muito que o Swift tem para nos ensinar sobre o nosso cosmos em constante mudança.”
As missões da NASA fazem parte de uma rede global crescente que observa alterações no céu para desvendar os mistérios de como o universo funciona.
O Centro Goddard gere a missão Swift em colaboração com a Penn State, o Laboratório Nacional de Los Alamos no Novo México, e a Northrop Grumman Space Systems em Dulles, Virgínia. Outros parceiros incluem a Universidade de Leicester e o Mullard Space Science Laboratory no Reino Unido, o Observatório Brera em Itália, e a Agência Espacial Italiana.
Source: NASA
Original text: By Jeanette Kazmierczak
NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.