Cientistas, utilizando observações do Observatório Neil Gehrels Swift da NASA, descobriram, pela primeira vez, um sinal de um par de buracos negros gigantes perturbando uma nuvem de gás no centro de uma galáxia.
“É um evento muito estranho, chamado AT 2021hdr, que se repete a cada poucos meses,” disse Lorena Hernández-García, astrofísica no Instituto Milenium de Astrofísica, no Núcleo Milenium de Pesquisa Transversal e Tecnologia para Explorar Buracos Negros Supermassivos, e na Universidade de Valparaíso no Chile. “Acreditamos que uma nuvem de gás engolfou os buracos negros. À medida que orbitam um ao outro, os buracos negros interagem com a nuvem, perturbando e consumindo seu gás. Isso produz um padrão oscilante na luz do sistema.”
Um artigo sobre o AT 2021hdr, liderado por Hernández-García, foi publicado em 13 de novembro na revista Astronomy and Astrophysics.
Os buracos negros duplos estão localizados no centro de uma galáxia chamada 2MASX J21240027+3409114, situada a 1 bilhão de anos-luz de distância na constelação do norte, Cisne. A dupla está separada por cerca de 16 bilhões de milhas (26 bilhões de quilômetros), uma distância tal que a luz leva apenas um dia para viajar entre eles. Juntos, eles contêm 40 milhões de vezes a massa do Sol.
Os cientistas estimam que os buracos negros completam uma órbita a cada 130 dias e colidirão e se fundirão em aproximadamente 70.000 anos.
O AT 2021hdr foi observado pela primeira vez em março de 2021 pelo ZTF (Zwicky Transient Facility) liderado pelo Caltech no Observatório Palomar, na Califórnia. Foi identificado como uma fonte potencialmente interessante pelo ALeRCE (Aprendizado Automático para a Classificação Rápida de Eventos). Esta equipe multidisciplinar combina ferramentas de inteligência artificial com a experiência humana para relatar eventos no céu noturno à comunidade astronômica, usando os montes de dados coletados por programas de pesquisa como o ZTF.
“Embora inicialmente pensássemos que esse brilho fosse uma supernova, os surtos em 2022 nos fizeram considerar outras explicações,” disse a coautora Alejandra Muñoz-Arancibia, membro da equipe ALeRCE e astrofísica no Instituto Milenium de Astrofísica e no Centro de Modelagem Matemática da Universidade do Chile. “Cada evento subsequente nos ajudou a refinar nosso modelo do que está acontecendo no sistema.”
Desde o primeiro brilho, o ZTF detectou surtos do AT 2021hdr a cada 60 a 90 dias.
Hernández-García e sua equipe têm observado a fonte com o Swift desde novembro de 2022. O Swift os ajudou a determinar que o sistema binário produz oscilações em luz ultravioleta e raios X nos mesmos intervalos de tempo que o ZTF os vê na faixa visível.
Os pesquisadores conduziram uma eliminação tipo “Cachinhos Dourados” de diferentes modelos para explicar o que viram nos dados.
Inicialmente, pensaram que o sinal poderia ser um subproduto da atividade normal no centro galáctico. Depois consideraram se um evento de disrupção tidal — a destruição de uma estrela que se aproximou demais de um dos buracos negros — poderia ser a causa.
Finalmente, chegaram a outra possibilidade, a disrupção tidal de uma nuvem de gás, uma maior do que o binário em si. Quando a nuvem encontrou os buracos negros, a gravidade a despedaçou, formando filamentos ao redor da dupla, e o atrito começou a aquecê-la. O gás ficou particularmente denso e quente próximo aos buracos negros. À medida que o binário orbita, a complexa interação de forças ejeta parte do gás do sistema a cada rotação. Essas interações produzem a luz flutuante que o Swift e o ZTF observam.
Hernández-García e sua equipe planejam continuar as observações do AT 2021hdr para entender melhor o sistema e aprimorar seus modelos. Eles também estão interessados em estudar a galáxia de origem, que atualmente está se fundindo com outra galáxia próxima — um evento relatado pela primeira vez em seu artigo.
“À medida que o Swift se aproxima de seu 20º aniversário, é incrível ver toda a nova ciência que ele ainda está ajudando a comunidade a realizar,” disse S. Bradley Cenko, investigador principal do Swift no Centro de Voos Espaciais Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland. “Ainda há muito que ele tem a nos ensinar sobre nosso cosmos em constante mudança.”
As missões da NASA fazem parte de uma rede mundial crescente, observando mudanças no céu para resolver os mistérios de como o universo funciona.
O Goddard gerencia 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 na Itália e a Agência Espacial Italiana.
Source: NASA
Original text: By Jeanette Kazmierczak
NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.