Buraco negro devora uma estrela num surto recorde

Os astrônomos têm analisado uma série de dados provenientes de satélites da NASA e de outras instalações, enquanto tentam descobrir o responsável por uma extraordinária explosão cósmica descoberta no dia 2 de julho.

© NOIRLab (jato lançado pelo GRB 250702B)

Astrônomos observaram a explosão de raios gama mais longa já registrada, uma poderosa explosão extragaláctica que durou mais de sete horas. Observações de acompanhamento rápidas, com a Dark Energy Camera e o Observatório Internacional Gemini, forneceram informações cruciais sobre a possível origem desse evento extraordinário e a galáxia que o abriga.

As explosões de raios gama (GRBs) estão entre as explosões mais poderosas do Universo, perdendo apenas para o Big Bang. A maioria dessas explosões é observada como um clarão que desaparece em poucos segundos ou minutos. Mas, em 2 de julho de 2025, astrônomos foram alertados sobre uma fonte de GRB que exibia explosões repetidas e que duraria mais de sete horas. Esse evento, denominado GRB 250702B, é a explosão de raios gama mais longa já testemunhada pela humanidade.

O GRB 250702B foi identificado pela primeira vez pelo telescópio espacial Fermi de Raios Gama (Fermi) da NASA. Pouco depois de telescópios espaciais detectarem as explosões iniciais em raios gama e localizarem sua posição no céu em raios X, astrônomos de todo o mundo lançaram campanhas para observar o evento em outros comprimentos de onda da luz. Uma das primeiras revelações sobre esse evento veio quando observações infravermelhas adquiridas pelo Very Large Telescope (VLT) do ESO estabeleceram que a fonte do GRB 250702B está localizada em uma galáxia fora da nossa, o que até então permanecia uma incógnita.

Em seguida, uma equipe de astrônomos partiu para captar o brilho residual em evolução do evento, ou seja, as emissões de luz que diminuem de intensidade após o clarão inicial extremamente brilhante de raios gama. As propriedades dessas emissões podem fornecer pistas sobre o tipo de evento que causou o GRB. Para melhor compreender a natureza deste evento recordista, a equipe utilizou três dos telescópios terrestres mais potentes do mundo: o telescópio Víctor M. Blanco de 4 metros e os telescópios gêmeos de 8,1 metros do Observatório Internacional Gemini. Este trio observou o GRB 250702B a partir de aproximadamente 15 horas após a primeira detecção até cerca de 18 dias depois. O telescópio Blanco está localizado no Chile, no Observatório Interamericano Cerro Tololo (CTIO). O Observatório Internacional Gemini consiste no telescópio Gemini Norte, no Havaí, e no telescópio Gemini Sul, no Chile. 

A análise das observações revelou que o GRB 250702B não pôde ser visto na luz visível, em parte devido à poeira interestelar em nossa própria Via Láctea, mas principalmente devido à poeira na galáxia hospedeira do GRB. De fato, o Gemini Norte, que forneceu a única detecção da galáxia hospedeira em comprimentos de onda próximos ao visível, precisou de quase duas horas de observações para captar o sinal fraco sob as extensas camadas de poeira.

Esses dados foram combinados com novas observações feitas com o telescópio Keck I no Observatório W. M. Keck, o telescópio Magellan Baade e o telescópio Fraunhofer no Observatório Wendelstein, bem como dados disponíveis publicamente do VLT, do telescópio espacial Hubble e de observatórios de raios X e rádio. Em seguida, compararam esse conjunto de dados robusto com modelos teóricos, que são estruturas que explicam o comportamento de fenômenos astronômicos. Os modelos podem ser usados ​​para fazer previsões que podem então ser testadas com dados observacionais para refinar a compreensão dos cientistas.

A análise da equipe estabeleceu que o sinal inicial de raios gama provavelmente veio de um jato estreito e de alta velocidade de material colidindo com o material circundante, conhecido como jato relativístico. A análise também ajudou a caracterizar o ambiente ao redor da explosão de raios gama e a galáxia hospedeira. Eles descobriram que há uma grande quantidade de poeira ao redor do local da explosão e que a galáxia hospedeira é extremamente massiva em comparação com a maioria das galáxias hospedeiras de explosões de raios gama.

Os dados corroboram um cenário no qual a fonte do GRB reside em um ambiente denso e empoeirado, possivelmente uma espessa faixa de poeira presente na galáxia hospedeira ao longo da linha de visão entre a Terra e a fonte do GRB. Esses detalhes sobre o ambiente do GRB 250702B fornecem restrições importantes sobre o sistema que produziu a explosão inicial de raios gama. Dos aproximadamente 15.000 GRBs observados desde que o fenômeno foi reconhecido pela primeira vez em 1973, apenas meia dúzia se aproxima da duração do GRB 250702B.

Suas origens propostas variam desde o colapso de uma estrela supergigante azul, um evento de ruptura de maré ou um magnetar recém-nascido. O GRB 250702B, no entanto, não se encaixa perfeitamente em nenhuma categoria conhecida. Com base nos dados obtidos até o momento, os cientistas têm algumas ideias sobre possíveis cenários de origem:

• (1) um buraco negro caindo em uma estrela que perdeu seu hidrogênio e agora é composta quase que exclusivamente de hélio;
• (2) uma estrela (ou objeto subestelar, como um planeta ou uma anã marrom) sendo despedaçada durante uma aproximação com um objeto compacto estelar, como um buraco negro estelar ou uma estrela de nêutrons, em um evento conhecido como ruptura microtidal;
• (3) uma estrela sendo despedaçada ao cair em um buraco negro de massa intermediária, um tipo de buraco negro com massa entre cem e cem mil vezes a massa do nosso Sol, que se acredita existir em abundância, mas que até agora tem sido muito difícil de encontrar. Se for o último cenário, esta seria a primeira vez na história que a humanidade testemunharia um jato relativístico proveniente de um buraco negro de massa intermediária consumindo uma estrela.

Embora sejam necessárias mais observações para determinar conclusivamente a causa da GRB 250702B, os dados obtidos até o momento permanecem consistentes com essas novas explicações.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: Gemini Observatory

O que está alimentando estes brilhantes clarões azuis?

Entre os fenômenos cósmicos mais intrigantes descobertos nas últimas décadas encontram-se breves e muito brilhantes clarões de luz azul e ultravioleta que desvanecem gradualmente, deixando para trás tênues emissões de raios X e rádio.

© UC Berkeley (AT 2024wpp)

Com pouco mais de uma dúzia de surtos descobertos até agora, os astrônomos têm debatido se estes são produzidos por um tipo incomum de supernova ou por gás interestelar que cai num buraco negro.

A análise do surto mais brilhante até à data, descoberto no ano passado, mostra que não se trata de nenhuma destas situações. Em vez disso, uma equipe de astrônomos liderada por pesquisadores da Universidade da Califórnia, em Berkeley, concluiu que estes chamados LFBOTs (Luminous Fast Blue Optical Transients) são causados por um evento de perturbação de marés extremo, em que um buraco negro com uma massa até 100 vezes superior à do nosso Sol destrói completamente a sua estrela massiva companheira em poucos dias.

A descoberta resolve um enigma de uma década, mas também ilustra as muitas variedades de calamidades estelares que os astrônomos encontram, cada uma com o seu espectro característico de luz, ou seja, diferentes comprimentos de onda e diferentes intensidades, que evolui ao longo do tempo. A descoberta dos processos que produzem estas assinaturas de luz únicas testa os conhecimentos atuais sobre a física dos buracos negros e ajuda a compreender a evolução das estrelas no nosso Universo.

A massa inferida do buraco negro, numa gama por vezes designada por buracos negros de massa intermediária, é também intrigante. Embora se saiba que existem buracos negros com mais de 100 massas solares, porque as suas fusões foram detectadas por experiências de ondas gravitacionais como o LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), nunca foram observados diretamente e a forma como atingem esta dimensão é ainda um mistério. O estudo deste fenômeno e de outros semelhantes poderá esclarecer o ambiente estelar em que os grandes buracos negros evoluem juntamente com uma companheira estelar massiva.

Os LFBOTs receberam este nome porque são brilhantes, são visíveis a distâncias de centenas de milhões a bilhões de anos-luz, e duram apenas alguns dias, produzindo luz altamente energética que vai desde o azul do espectro óptico até ao ultravioleta e aos raios X.

O primeiro foi visto em 2014, mas o primeiro com dados suficientes para análise foi registado em 2018 e, de acordo com a convenção de nomenclatura padrão, foi chamado AT2018cow. O nome levou os pesquisadores a referirem-se a ele como "A Vaca", e os LFBOTs subsequentes receberam as alcunhas de "O Coala" (ZTF18abvkwla), "Diabo da Tasmânia" (AT2022tsd) e "O Finch" (AT2023fhn). O mais recente LFBOT foi denominado AT 2024wpp ("O Pica-pau", talvez?). 

A constatação de que o surto transiente não poderia ter resultado de uma supernova veio depois de os pesquisadores terem calculado a energia emitida, que foi 100 vezes superior à que seria produzida numa supernova normal, que exigiria a conversão de cerca de 10% da massa restante da estrela em energia numa escala de tempo muito curta, meras semanas.

Os pesquisadores colocam a hipótese de que a luz intensa e altamente energética emitida durante este evento de perturbação de marés extremo foi uma consequência da longa história parasitária do sistema binário com buraco negro. De acordo com a reconstrução desta história, o buraco negro tem estado sugando material da sua companheira há muito tempo, envolvendo-se completamente num halo de material muito distante do buraco negro para este poder engolir. Então, quando a estrela companheira finalmente se aproximou demasiado e foi despedaçada, o novo material foi arrastado para um disco giratório de detritos, chamado disco de acreção, e bateu contra o material existente, gerando raios X, radiação UV e luz azul.

Grande parte do gás da companheira também acabou por rodopiar em direção aos polos do buraco negro, onde foi ejetado como um jato de material. Os pesquisadores calcularam que os jatos viajavam a cerca de 40% da velocidade da luz e geravam ondas de rádio quando encontravam o gás circundante. A massa estimada da estrela companheira que foi destruída era mais de 10 vezes superior à massa do Sol. Pode ter sido o que é conhecido como uma estrela Wolf-Rayet, que são muito quentes e evoluídas, tendo já usado muito do seu hidrogênio. Isto explicaria a fraca emissão de hidrogênio de AT 2024wpp.

Como a maioria dos LFBOTs, AT 2024wpp está localizado numa galáxia com formação estelar ativa, pelo que são esperadas estrelas grandes e jovens como estas. AT 2024wpp está a 1,1 bilhões de anos-luz de distância e é entre cinco e 10 vezes mais luminosa do que AT2018cow.

Foi utilizada uma grande coleção de telescópios para medir os vários comprimentos de onda da luz emitida pelo LFBOT. Estes incluem três telescópios de raios X, o Chandra, o Swift e o NuSTAR; radiotelescópios como o ALMA e o ATCA (Australia Telescope Compact Array); e telescópios ópticos terrestres, incluindo os Observatórios Keck, Lick e Gemini. Uma vez que os LFBOTs produzem grandes quantidades de radiação UV, aguarda-se com expectativa o lançamento de dois telescópios UV planejados, ULTRASAT e UVEX, nos próximos anos. Estes telescópios serão fundamentais para descobrir e caracterizar rapidamente mais LFBOTs antes de atingirem o pico de brilho, permitindo aos astrônomos sondar sistematicamente a diversidade dos seus ambientes e sistemas progenitores.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: University of California

Buraco negro em erupção provoca ventos ultrarrápidos

Os principais telescópios espaciais de raios X, detectaram uma extraordinária erupção de um buraco negro supermassivo.

© Hubble (NGC 3783)

Numa questão de horas, o monstro gravitacional provocou ventos poderosos, lançando material para o espaço a uma velocidade impressionante de 60.000 km/s. O gigantesco buraco negro esconde-se no interior de NGC 3783, uma bela galáxia espiral fotografada recentemente pelo telescópio espacial Hubble

Os astrônomos observaram um clarão brilhante de raios X que irrompeu do buraco negro antes de desvanecer rapidamente. À medida que desvanecia, surgiram ventos velozes, a um-quinto da velocidade da luz.

Para estudar NGC 3783 e o seu buraco negro, foram utilizados simultaneamente o XMM-Newton da ESA e o XRISM (X-Ray Imaging and Spectroscopy Mission), uma missão liderada pela JAXA com a participação da ESA e da NASA.

O buraco negro em questão tem a massa de 30 milhões de sóis. À medida que devora material próximo, alimenta uma região extremamente brilhante e ativa no coração da galáxia espiral. Esta região, conhecida como Núcleo Galáctico Ativo (ou NGA), brilha com todos os tipos de luz e lança poderosos jatos e ventos para o cosmos. Os ventos em torno deste buraco negro parecem ter sido criados quando o campo magnético emaranhado do NGA se "desenrolou" subitamente.

Os ventos do buraco negro assemelham-se a grandes erupções solares de material conhecidas como ejeções de massa coronal, que se formam quando o Sol lança fluxos de material sobreaquecido para o espaço. Desta forma, o estudo mostra que os buracos negros supermassivos agem por vezes como a nossa própria estrela, fazendo com que estes misteriosos objetos pareçam um pouco menos alienígenas. De fato, no passado dia 11 de novembro e na sequência de uma erupção intensa, foi observada no Sol uma ejeção de massa coronal, com os ventos associados a este evento a atingirem velocidades iniciais de 1.500 km/s.

O XMM-Newton é um explorador pioneiro do Universo quente e extremo há mais de 25 anos, enquanto o XRISM tem trabalhado para responder a questões fundamentais em aberto sobre como a matéria e a energia se movem através do cosmos desde o seu lançamento em setembro de 2023. Os dois telescópios espaciais de raios X trabalharam em conjunto para descobrir este acontecimento único e para compreender a erupção e os ventos do buraco negro.

Um artigo foi publicado no periódico Astronomy & Astrophysics.

Fonte: Space Research Organisation Netherlands

Misteriosa fusão "impossível" de dois enormes buracos negros

Em 2023, os astrônomos detectaram uma enorme colisão. Dois buracos negros de uma massa sem precedentes tinham chocado um com o outro a uma distância estimada de 7 bilhões de anos-luz.

© Simons Foundation (simulação da formação e evolução de um buraco negro)

As enormes massas e as rotações extremas dos buracos negros intrigaram os astrônomos. Não era suposto existirem buracos negros como estes. Agora, astrônomos do CCA (Center for Computational Astrophysics) do Instituto Flatiron e colegas descobriram como é que estes buracos negros se podem ter formado e colidido.

As simulações exaustivas, que seguem o sistema desde a vida das estrelas progenitoras até à sua morte final, revelaram a peça que faltava e que os estudos anteriores tinham ignorado: os campos magnéticos.

A colisão detectada em 2023, agora conhecida como GW231123, foi observada pela colaboração LIGO-Virgo-KAGRA usando detectores que medem ondas gravitacionais, as ondulações no espaço-tempo causadas pelos movimentos de objetos massivos. No momento, os astrônomos não conseguiam perceber como é que estes grandes buracos negros de rotação rápida podiam existir.

Quando as estrelas massivas chegam ao fim das suas vidas, muitas colapsam e explodem como supernovas, deixando para trás um buraco negro. Mas se a estrela estiver dentro de uma determinada gama de massas, ocorre um tipo especial de supernova. Esta explosão, chamada supernova por instabilidade de pares, é tão violenta que a estrela é aniquilada, não deixando nada para trás. Como resultado destas supernovas, não esperamos que se formem buracos negros entre 70 e 140 vezes a massa do Sol. Por isso, foi intrigante ver buracos negros com massas dentro deste intervalo.

Os buracos negros com estas massas podem ser formados indiretamente, quando dois buracos negros se fundem para formar um buraco negro maior, mas no caso de GW231123, os cientistas pensaram que isso era improvável. A fusão de buracos negros é um acontecimento tremendamente caótico que frequentemente perturba a rotação do buraco negro resultante. Os buracos negros de GW231123 são os de rotação mais rápida já observados pelo LIGO, arrastando o espaço-tempo à sua volta quase à velocidade da luz. Dois buracos negros destas dimensões e com estas rotações são incrivelmente improváveis, pois algo mais deveria estar acontecendo. 

Os pesquisadores realizaram duas fases de simulações computacionais. Primeiro, simularam uma estrela gigante com 250 vezes a massa do Sol durante a fase principal da sua vida, desde que começa a queimar hidrogênio até ao momento em que este se esgota e depois colapsa como supernova. Quando uma estrela tão massiva atinge a fase de supernova, já queimou combustível suficiente para ficar com uma massa 150 vezes superior à do Sol, o que a deixa ligeiramente acima da gama de massas e suficientemente grande para deixar um buraco negro. Um segundo conjunto de simulações mais complexas, que tiveram em conta os campos magnéticos, lidou com as consequências da supernova. O modelo começou com os remanescentes de supernova, uma nuvem de detritos de material estelar com campos magnéticos e um buraco negro no seu centro. 

Anteriormente, os astrônomos supunham que toda a massa da nuvem cairia no buraco negro recém-nascido, fazendo com que a massa final do buraco negro coincidisse com a da estrela massiva. Mas as simulações mostraram algo diferente. Depois de uma estrela não giratória colapsar para formar um buraco negro, a nuvem remanescente de detritos cai rapidamente para o buraco negro. No entanto, se a estrela inicial estiver girando rapidamente, esta nuvem forma um disco giratório que faz com que o buraco negro gire cada vez mais depressa à medida que o material cai no seu abismo. 

Se existirem campos magnéticos, estes exercem pressão sobre o disco de detritos. Esta pressão é suficientemente forte para ejetar algum do material para longe do buraco negro quase à velocidade da luz. Estes fluxos acabam por reduzir a quantidade de material no disco que eventualmente alimenta o buraco negro. Quanto mais fortes forem os campos magnéticos, maior será este efeito. Em casos extremos, com campos magnéticos muito fortes, até metade da massa original da estrela pode ser expelida. No caso das simulações, os campos magnéticos acabaram por permitir a formação de um buraco negro final na improvável gama de massas.

Os resultados sugerem uma ligação entre a massa de um buraco negro e a velocidade a que gira. Campos magnéticos fortes podem abrandar um buraco negro e expulsar alguma da massa estelar, criando buracos negros mais leves e de rotação mais lenta. Campos mais fracos permitem buracos negros mais massivos e de rotação mais rápida. Isto sugere que os buracos negros podem seguir um padrão que liga a sua massa e rotação. Embora os astrónomos não conheçam outros sistemas de buracos negros em que esta ligação possa ser testada observacionalmente, esperam que observações futuras possam encontrar mais sistemas que confirmem tal ligação.

As simulações também mostram que a formação deste tipo de buracos negros cria explosões de raios gama, que podem ser observáveis. A procura destas assinaturas de raios gama ajudaria a confirmar o processo de formação proposto e revelaria a frequência destes buracos negros massivos no Universo.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: Simons Foundation

A maior e mais distante erupção de um buraco negro

As estrelas mais massivas do Universo estão destinadas a explodir como supernovas brilhantes antes de colapsarem em buracos negros.

© Caltech (buraco negro dilacerando uma estrela massiva)

No entanto, uma estrela enorme parece nunca ter cumprido o seu destino; em jeito de ironia, a estrela aproximou-se demasiado de um buraco negro gigantesco, que a engoliu, desfazendo-a em pedaços.

Esta é a explicação mais provável que descreve a mais poderosa e mais distante erupção energética alguma vez registada por um buraco negro supermassivo. O objeto cósmico foi observado pela primeira vez em 2018 pelo ZTF (Zwicky Transient Facility), situado no Observatório Palomar, e pelo CRTS (Catalina Real-Time Transient Survey).

O surto aumentou rapidamente de intensidade por um fator de 40 durante um período de meses e, no seu pico, foi 30 vezes mais luminoso do que qualquer outra erupção observada até à data. No seu ponto mais intenso, a erupção brilhou com a luz de 10 trilhões de sóis. O buraco negro supermassivo por detrás do evento está em acreção, a cujo tipo se dá o nome núcleo galáctico ativo (NGA). Referido como J2245+3743, estima-se que este NGA seja 500 milhões de vezes mais massivo do que o nosso Sol. Encontra-se a 10 bilhões de anos-luz de distância, no Universo remoto.

Como a luz tem uma velocidade finita e leva tempo a chegar até nós, os astrônomos observam eventos distantes como este no passado, quando o Universo era jovem. A erupção do buraco negro continua sendo monitorada, embora esta esteja desaparecendo com o tempo. Realmente, para além do objeto ser observado no passado, o próprio tempo corre mais devagar no local remoto do buraco negro, em comparação com a nossa própria experiência do tempo. Trata-se de um fenômeno chamado dilatação cosmológica do tempo, devido ao alongamento do espaço e do tempo. À medida que a luz viaja através do espaço em expansão para chegar até nós, o seu comprimento de onda estica-se, tal como o próprio tempo. Estamos assistindo à reprodução do evento a um-quarto da velocidade.

Para determinar o que poderia causar uma explosão tão dramática de luz no cosmos, os pesquisadores examinaram minuciosamente uma lista de possibilidades, concluindo que o culpado mais provável é um evento de perturbação de marés. Este fenômeno ocorre quando a gravidade de um buraco negro supermassivo rasga uma estrela que se aproxime demasiado, consumindo-a lentamente ao longo do tempo, à medida que espirala para o buraco negro.

O motivo de a erupção do buraco negro J2245+3743 ainda estar em curso indica que estamos assistindo a uma estrela que ainda não foi totalmente devorada. Se o surto for de fato um evento de perturbação de marés, os cientistas estimam que o buraco negro supermassivo devorou uma estrela com uma massa pelo menos 30 vezes superior à do nosso Sol. O anterior detentor do recorde de maior candidato a um evento de perturbação de marés, apelidado de "Scary Barbie" após a sua classificação ZTF inicial como ZTF20abrbeie, não foi tão intenso. Esse evento de perturbação de marés, que também se pensa ter tido origem num NGA, foi 30 vezes mais fraco do que o de J2245+3743, e estima-se que a sua estrela condenada tivesse entre três e 10 massas solares.

A maioria dos cerca de 100 evento de perturbação de marés observados até agora não ocorre em torno de NGAs, estruturas massivas que consistem em buracos negros supermassivos rodeados por grandes discos de material que alimentam o buraco negro central. O NGA fervilha com a acreção, o que pode mascarar as explosões de evento de perturbação de marés e torná-las mais difíceis de encontrar.

A recente supererupção J2245+3743, por outro lado, foi tão grande que até foi mais fácil de observar. No entanto, ao início, J2245+3743 não parecia ser nada de especial. Em 2018, depois de o objeto ter sido avistado pela primeira vez, os pesquisadores utilizaram o telescópio Hale de 200 polegadas do Observatório Palomar para obter um espectro da luz do objeto, mas este não revelou nada de incomum. Em 2023, a equipe notou que o surto estava decaindo mais lentamente do que o esperado, pelo que obtiveram outro espectro pelo Observatório W. M. Keck, no Havaí, que indicou o brilho extremo deste NGA em particular.

No final, depois de terem sido excluídos outros cenários, os pesquisadores concluíram que J2245+3743 era a erupção mais brilhante alguma vez registada num buraco negro. Se convertermos o nosso Sol inteiro em energia, usando a famosa fórmula de Albert Einstein E=m.c², é essa a quantidade de energia que tem saído deste surto desde que a observação foi iniciada.

Uma vez estabelecido o brilho sem precedentes do evento, a equipa analisou o que o poderia ter causado. As supernovas não são suficientemente brilhantes para explicar isto; ao invés, a explicação preferida é um buraco negro supermassivo que rasga lentamente uma estrela enorme até à morte. Estrelas tão massivas são raras, mas pensa-se que as estrelas dentro do disco de um NGA podem crescer ainda mais. A matéria do disco é despejada sobre as estrelas, fazendo-as crescer em massa.

Encontrar "refeições" de buracos negros com proporções tão grandes indica que é provável que outros eventos como este estejam ocorrendo no cosmos. Os pesquisadores esperam poder explorar mais dados do ZTF para encontrar outros e o Observatório Vera C. Rubin pode também encontrar evento de perturbação de marés incomumente grandes.

Um artigo foi publicado no periódico Nature Astronomy.

Fonte: California Institute of Technology