Um gigantesco buraco negro despedaçou uma estrela e em seguida engoliu seus restos durante cerca de uma década, segundo astrônomos. Esse tempo é mais de dez vezes superior ao de qualquer outro episódio observado de morte de uma estrela causada por um buraco negro.
Pesquisadores fizeram essa descoberta utilizando dados do Observatório Chandra de Raios X da NASA, do satélite Swift e do XMM-Newton da Agência Espacial Europeia (ESA).
O trio de telescópios de raios X orbitais encontrou provas de um “evento de disruptura gravitacional” (TDE), no qual as forças causadas pela intensa gravidade de um buraco negro podem destruir um objeto – como uma estrela – que vaguie demasiado perto. Durante uma TDE, parte dos detritos estelares são atirados para fora a altas velocidades, enquanto o restante cai em direção ao buraco negro. Ao mover-se em direção ao interior para ser devorado pelo buraco negro, o material torna-se aquecido a até milhões de graus, e gera uma labareda de raios X distinta.
“Nós testemunhamos a espetacular e prologada morte de uma estrela,” disse Dacheng Lin, da Universidade de New Hampshire em Durham, New Hampshire, EUA, que chefiou o estudo. “Dezenas de eventos de disruptura gravitacional foram detectados desde a década de 1990, mas nenhum que tivesse permanecido brilhante por aproximadamente tanto tempo quanto este.”
A extraordinariamente longa fase brilhante desse evento, durando mais de dez anos, significa que entre as TDEs observadas essa foi ou a mais massiva estrela de todos os tempos a ser completamente despedaçada durante um desses eventos, ou a primeira em que uma estrela menor foi completamente destroçada.
A fonte de raios X que contém esse buraco negro alimentado por forças, conhecido por seu nome abreviado, XJ1500+0154, está localizado em uma pequena galáxia distante cerca de 1,8 bilhão de anos da Terra.
A fonte não foi detectada em uma observação do Chandra em 2 de abril de 2005, mas o foi em uma observação do XMM-Newton em 23 de julho de 2005, e alcançou o pico de intensidade de brilho em uma observação do Chandra em 5 de junho de 2008. Essas observações mostram que a fonte tornou-se, no mínimo, 100 vezes mais brilhante em raios X. Desde então, o Chandra, o Swift e o XMM-Newton a observaram em várias ocasiões.
A nítida vista em dados de raios X do Chandra mostra que XJ1500+0154 está localizada no centro de sua galáxia hospedeira, a localização esperada de um buraco negro supermassivo.
Os dados de raios X também indicam que radiação desse material que circunda esse buraco negro superou de maneira consistente o chamado limite de Eddington, definido por um equilíbrio entre a pressão em direção ao exterior de radiação do gás quente e a atração da gravidade do buraco negro para dentro.
“Durante a maior parte do tempo em que estivemos olhando esse objeto, ele esteve crescendo rapidamente, disse o coautor James Guillochon, do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics em Cambridge, Massachussets. “Isso nos diz que algo incomum – como uma estrela com o dobro do peso do Sol – está sendo levado para dentro de um buraco negro.”
A conclusão de que buracos negros supermassivos podem crescer, a partir de TDEs e talvez por outros meios, a ritmos acima daqueles correspondentes ao limite de Eddington, tem importantes implicações. Um crescimento rápido assim pode ajudar a explicar como buracos negros supermassivos puderam atingir massas cerca de um bilhão de vezes maior que a do Sol quando o universo tinha apenas cerca de um bilhão de anos de existência.
“Esse evento mostra que buracos negros realmente podem crescer a ritmos extraordinariamente altos,” disse a coautora Stefanie Komossa, da QianNan Normal University for Nationalities, em Duyun City, China. “Isso pode ajudar a entender quão precocemente os buracos negros emergiram.”
Tradução de Luiz Leitão da Cunha
A giant black hole ripped apart a star and then gorged on its remains for about a decade, according to astronomers. This is more than ten times longer than any observed episode of a star’s death by black hole.
Researchers made this discovery using data from NASA’s Chandra X-ray Observatory and Swift satellite as well as ESA’s XMM-Newton.
The trio of orbiting X-ray telescopes found evidence for a “tidal disruption event” (TDE), wherein the tidal forces due to the intense gravity from a black hole can destroy an object – such as a star – that wanders too close. During a TDE, some of the stellar debris is flung outward at high speeds, while the rest falls toward the black hole. As it travels inwards to be ingested by the black hole, the material becomes heats up to millions of degrees and generates a distinct X-ray flare.
“We have witnessed a star’s spectacular and prolonged demise,” said Dacheng Lin from the University of New Hampshire in Durham, New Hampshire, who led the study. “Dozens of tidal disruption events have been detected since the 1990s, but none that remained bright for nearly as long as this one.”
The extraordinary long bright phase of this event spanning over ten years means that among observed TDEs this was either the most massive star ever to be completely torn apart during one of these events, or the first where a smaller star was completely torn apart.
The X-ray source containing this force-fed black hole, known by its abbreviated name of XJ1500+0154, is located in a small galaxy about 1.8 billion light years from Earth.
The source was not detected in a Chandra observation on April 2nd, 2005, but was detected in an XMM-Newton observation on July 23rd, 2005, and reached peak brightness in a Chandra observation on June 5, 2008. These observations show that the source became at least 100 times brighter in X-rays. Since then, Chandra, Swift, and XMM-Newton have observed it multiple times.
The sharp X-ray vision of Chandra data shows that XJ1500+0154 is located at the center of its host galaxy, the expected location for a supermassive black hole.
The X-ray data also indicate that radiation from material surrounding this black hole has consistently surpassed the so-called Eddington limit, defined by a balance between the outward pressure of radiation from the hot gas and the inward pull of the gravity of the black hole.
“For most of the time we’ve been looking at this object, it has been growing rapidly,” said co-author James Guillochon of the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Mass. “This tells us something unusual – like a star twice as heavy as our Sun – is being fed into the black hole.”
The conclusion that supermassive black holes can grow, from TDEs and perhaps other means, at rates above those corresponding to the Eddington limit has important implications. Such rapid growth may help explain how supermassive black holes were able to reach masses about a billion times higher than the sun when the universe was only about a billion years old.
“This event shows that black holes really can grow at extraordinarily high rates,” said co-author Stefanie Komossa of QianNan Normal University for Nationalities in Duyun City, China. “This may help understand how precocious black holes came to be.”
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