Trio de buracos negros ilumina-se numa rara fusão galáctica

Astrônomos confirmaram o primeiro sistema triplo conhecido em que todas as três galáxias abrigam buracos negros supermassivos.

© NRAO (ilustração de um raro trio de galáxias em fusão)

O sistema, catalogado como J1218/1219+1035 e localizado a cerca de 1,2 bilhões de anos-luz da Terra, contém três galáxias em interação, cujos buracos negros supermassivos centrais estão todos acretando ativamente material e brilhando intensamente no rádio.

Observações de alta resolução do VLA (Very Large Array) e do VLBA (Very Long Baseline Array) revelam um núcleo compacto e emitindo radiação de síncrotron em cada galáxia, confirmando que as três possuem NGAs (núcleos galácticos ativos) alimentados por buracos negros em crescimento. Este fato faz de J1218/1219+1035 o primeiro "NGA triplo no rádio" confirmado e apenas o terceiro sistema de NGA triplo conhecido no Universo próximo.

As três galáxias em J1218/1219+1035 foram apanhadas no ato de fusão, com separações nucleares de cerca de 22 e 97 mil anos-luz, formando um grupo dinamicamente ligado cujas características de maré traçam as suas interações mútuas. Estes sistemas triplos são uma previsão fundamental, mas raramente observada, da evolução hierárquica das galáxias, em que grandes galáxias como a Via Láctea crescem colidindo e fundindo-se repetidamente com companheiras menores.

Ao captar três buracos negros que se alimentam ativamente no mesmo grupo em fusão, as novas observações proporcionam um excelente laboratório para testar a forma como os encontros entre galáxias conduzem o gás para os centros galácticos e desencadeiam o crescimento dos buracos negros.

O objeto J1218/1219+1035 foi originalmente assinalado como um sistema incomum usando dados no infravermelho médio do WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) da NASA, que sugeriam a existência de pelo menos dois NGAs obscurecidos num par de galáxias em interação. A espetroscopia óptica de seguimento confirmou um NGA num núcleo e revelou uma assinatura "composta" em outro núcleo, mas deixou ambígua a verdadeira natureza da terceira galáxia, porque a sua emissão podia também resultar da formação estelar ou de choques. 

Só com as novas imagens nítidas do VLA no rádio, em frequências de 3, 10 e 15 GHz, é que os astrônomos descobriram núcleos de rádio compactos precisamente alinhados com as três galáxias ópticas, demonstrando que cada uma delas abriga um NGA que é brilhante em emissões de rádio e que provavelmente conduz jatos ou fluxos de pequena escala. Os espectros de rádio dos três núcleos mostram assinaturas consistentes com emissão de síncrotron não-térmico do NGA, incluindo duas fontes com espectros tipicamente íngremes e uma terceira com um espectro ainda mais íngreme que pode indicar atividade de jato não resolvida.

As observações do VLBA, embora não detectem um núcleo compacto à escala de milissegundos de arco, estabelecem um limite de brilho-temperatura para a galáxia central que excede o que se espera apenas da formação estelar, apoiando ainda mais uma origem NGA para a emissão rádio.

Para caracterizar J1218/1219+1035, a equipe utilizou o VLA na sua configuração A de mais alta resolução, obtendo imagens de subsegundo de arco em múltiplas frequências para isolar o núcleo rádio de cada galáxia. As observações complementares do VLBA em 4,9 GHz permitiram obter informações em escala de milissegundos sobre a compacidade e a temperatura de brilho da fonte central.

Estão planejadas imagens no infravermelho próximo e observações em raios X para mapear as estruturas de maré das galáxias com mais detalhe e sondar o fluxo altamente energético de cada AGN, construindo uma imagem mais completa deste raro sistema triplo. Com apenas dois outros sistemas confirmados de NGA triplo conhecidos localmente, expandir a amostra de tais objetos é crucial para compreender a frequência com que os buracos negros múltiplos interagem e acabam por se fundir.

A descoberta de J1218/1219+1035 realça o poder de combinar a seleção no infravermelho médio com imagens de rádio sensíveis e de alta resolução para descobrir sistemas complexos de NGAs que podem estar escondidos ou ser ambíguos nos comprimentos de onda óticos e de raios X. Os investigadores sugerem que os levantamentos futuros e o seguimento direcionado com instalações como o VLA e o VLBA serão essenciais para revelar mais NGAs triplos e rastrear a forma como os buracos negros triplos moldam o crescimento das galáxias ao longo do tempo cósmico.

Um artigo foi publicado no periódico The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: National Radio Astronomy Observatory

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