Homicídio estelar | Stellar homicide

Astrônomos reuniram as provas mais diretas até agora de um buraco negro supermassivo esmigalhando um estrela que se aventurou perto demais dele. O Galaxy Evolution Explorer da NASA, um observatório baseado no espaço, e o telescópio Pan-STARRS1 no cume do Monte Haleakala no Havaí, estão entre os primeiros a ajudar a identificar os restos estelares. 

Buracos negros supermassivos, pesando, entre milhões e bilhões de vezes mais que o Sol, espreitam no centro da maioria das galáxias. Esses monstros gigantescos permanecem em silêncio até que uma vítima desavisada, como uma estrela, chegue perto o suficiente para ser destroçada por seus poderosos punhos gravitacionais.

Astrônomos haviam identificado esses homicídios estelares anteriormente, mas esta foi a primeira vez que eles identificaram a vítima. Usando vários telescópios espaciais e no solo, uma equipe de astrônomos chefiada por Suvi Gezari, da Universidade Johns Hopkins, em Baltimore, Maryland, identificou a vpitima como uma estrela rica em gás hélio. A strela fica numa galáxia a 2,7 bilhões de anos-luz da Terra. os resultados apresentados pela equipe sairão hoje na edição online da revista Nature.

"Quando a estrela é destroçada pelas forças gravitacionais do buraco negro, uma parte dos restos dela cai no buraco negro, enquanto o restante é ejetado a altas velocidades," disse Gezari. "Nós estamos vendo o brilho do gás estelar caindo no buraco negro ao longo do tempo. estamos também testemunhando a assinatura espectral  do gás ejetado, que nós acreditamos ser principalmente hélio. É como reunir os indícios da cena de um crime. Como há muito pouco hidrogênio e mais hélio no gás, nós detectamos na carnificina que a estrela assassinada teria um núcleo rico em hélio."

Esta observação leva à compreensão do severo ambiente em torno dos buracos negros e os tipos de estrelas girando à volta deles. Não é a primeira vez que a estrela infeliz trava um embate com o poderoso buraco negro.

A equipe acredita que o envelope cheio de hidrogênio ao redor do núcleo da estrela foi lançado aos ares hpa muito tempo pelo mesmo buraco negro. A estrela pode ter estado próxima do final de sua vida. Após consumir a maior parte do seu combustível de hidrogênio, ela provavelmente aumentou de tamanho, tornando-se uma gigante vermelha.

Astrônomos acham que a estrela inchada estava rodeando o buraco negro numa órbita altamente elíptica, similar à órbita alongada de um cometa ao redor do Sol. Em uma de suas maiores aproximações, a estrela teve sua atmosfera inflada rompida pela poderosa força gravitacional do buraco negro. os despojos estelares seguiram sua jornada ao redor do centro, até que se arriscaram a uma aproximação ainda maior do buraco negro e encontraram seu fim.

Astrônomos previram que estrelas rompidas circundam o buraco negro central de nossa Via Láctea. Esses encontros próximos são raros, ocorrendo aproximadamente a cada 100.000 anos. Para achar esse evento, a equipe de Gezari monitorou centenas de milhares de galáxias em luz ultravioleta com o Galaxy Evolution Explorer, e em luz visível com o Pan-STARRS1. Pan-STARRS, abreviatura de Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System, varre o céu noturno inteiro em busca de todos os tipos de fenômenos  efêmeros, inclusive supernovas.

A equipe estava procurando uma chama brilhante em luz ultravioleta do núcleo de uma galáxia com um buraco negro antes dormente. Mas os telescópios localizaram um em junho de 2010. Astrônomos continuaram monitorando a chama quando ela atingiu o pico de brilho, um mês depois e lentamente foi-se apagando durante os 12 meses seguintes. O evento brilhante era semelhante à energia explosiva de uma supernova, mas o aumento do brilho até o pico foi bem mais lento, levando cerca de um mês e meio.

"Quanto mais o evento durava, mais emocionados nós ficávamos, porque percebemos que esta é ou uma supernova muito incomum, ou tipo de evento totalmente diferente, como uma estrela sendo esmigalhada por um buraco negro," disse o membro da equipe Armin Rest, do Instituto de Ciência de Telescópio Espacial, em Baltimore, Maryland, EUA.

Ao medir o aumento do brilho, os astrônomos calcularam a massa do buraco negro em vários milhões de sóis, comparável ao tamanho do buraco negro de nossa Via Láctea.

Observações espectroscópicas com o Telescópio de Múltiplo Metro do Observatório de Mount Hopkins, no Arizona mostraram que o buraco negro estava engolindo montes de hélio.

A espectroscopia divide a luz nas cores do arco-íris, as quais revelam as características de um objeto, como sua temperatura e composição gasosa.

Para descartar completamente a possibilidade de um núcleo ativo queimando na galáxia, a equipe utilizou o  Observatório Chandra de raios X para estudar o gás quente. O Chandra mostrou que as características do gás não combinavam com as de um núcleo galáctico ativo.

Astronomers have gathered the most direct evidence yet of a supermassive black hole shredding a star that wandered too close. NASA's Galaxy Evolution Explorer, a space-based observatory, and the Pan-STARRS1 telescope on the summit of Haleakala in Hawaii were among the first to help identify the stellar remains. 

Supermassive black holes, weighing millions to billions times more than the sun, lurk in the centers of most galaxies. These hefty monsters lie quietly until an unsuspecting victim, such as a star, wanders close enough to get ripped apart by their powerful gravitational clutches.

Astronomers had spotted these stellar homicides before, but this is the first time they have identified the victim. Using several ground- and space-based telescopes, a team of astronomers led by Suvi Gezari of the Johns Hopkins University, Baltimore, Maryland, identified the victim as a star rich in helium gas. The star resides in a galaxy 2.7 billion light-years away. The team's results appear in today's online edition of the journal Nature.

"When the star is ripped apart by the gravitational forces of the black hole, some part of the star's remains falls into the black hole, while the rest is ejected at high speeds," Gezari said. "We are seeing the glow from the stellar gas falling into the black hole over time. We're also witnessing the spectral signature of the ejected gas, which we find to be mostly helium. It is like we are gathering evidence from a crime scene. Because there is very little hydrogen and mostly helium in the gas, we detect from the carnage that the slaughtered star had to have been the helium-rich core of a stripped star."

This observation yields insights about the harsh environment around black holes and the types of stars swirling around them. It is not the first time the unlucky star had a brush with the behemoth black hole.

The team believes the star's hydrogen-filled envelope surrounding the core was lifted off a long time ago by the same black hole. The star may have been near the end of its life. After consuming most of its hydrogen fuel, it had probably ballooned in size, becoming a red giant. Astronomers think the bloated star was looping around the black hole in a highly elliptical orbit, similar to a comet's elongated orbit around the sun. On one of its close approaches, the star was stripped of its puffed-up atmosphere by the black hole's powerful gravity. The stellar remains continued its journey around the center, until it ventured even closer to the black hole to face its ultimate demise.

Astronomers predict stripped stars circle the central black hole of our Milky Way galaxy. These close encounters are rare, occurring roughly every 100,000 years. To find this event, Gezari's team monitored hundreds of thousands of galaxies in ultraviolet light with the Galaxy Evolution Explorer, and in visible light with Pan-STARRS1. Pan-STARRS, short for Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System, scans the entire night sky for all kinds of transient phenomena, including supernovae.

The team was looking for a bright flare in ultraviolet light from the nucleus of a galaxy with a previously dormant black hole. Both telescopes spotted one in June 2010. Astronomers continued to monitor the flare as it reached peak brightness a month later and slowly faded during the next 12 months. The brightening event was similar to the explosive energy unleashed by a supernova, but the rise to the peak was much slower, taking nearly one-and-a-half months.

"The longer the event lasted, the more excited we got, because we realized this is either a very unusual supernova or an entirely different type of event, such as a star being ripped apart by a black hole," said team member Armin Rest of the Space Telescope Science Institute in Baltimore. 

By measuring the increase in brightness, the astronomers calculated the black hole's mass to be several million suns, which is comparable to the size of our Milky Way's black hole.

Spectroscopic observations with the Multiple Meter Telescope Observatory on Mount Hopkins in Arizona showed the black hole was swallowing lots of helium. Spectroscopy divides light into its rainbow colors, which yields an object's characteristics, such as its temperature and gaseous makeup.

To completely rule out the possibility of an active nucleus flaring up in the galaxy, the team used NASA's Chandra X-ray Observatory to study the hot gas. Chandra showed that the characteristics of the gas didn't match those from an active galactic nucleus.