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Algumas estrelas encontram buracos negros supermassivos e sobrevivem para contar a história. Uma nova pesquisa mostra por que os clarões causados por esses encontros diminuem ao longo de episódios repetidos, e isso pode estar relacionado à forma como essas estrelas giram e à fuga de uma estrela companheira em um sistema binário, deixando-as à mercê de um buraco negro.
Algumas estrelas têm o azar de encontrar os buracos negros supermassivos que se encontram no centro de cada galáxia, sendo submetidas a imensas forças de maré que as transformam em um emaranhado de espaguete estelar, um processo chamado "espaguetificação".
Essa massa de plasma envolve o buraco negro e é gradualmente alimentada a ele, com parte da matéria estelar original sendo ejetada como jatos a velocidades próximas à da luz. Esses eventos são chamados de eventos de ruptura de maré (TDEs).
No entanto, outras estrelas recebem um alívio, passando perto o suficiente de um buraco negro supermassivo para que o titã cósmico dê uma mordida e arranque material dele, mas não perto o suficiente para ser completamente destruí. À medida que a estrela orbita o buraco negro supermassivo, ela dá "mordidas" repetidas, sendo esse processo de alimentação estelar chamado de evento de ruptura de maré parcial repetitiva (rpTDE).
Cada evento causa um clarão de luz nas proximidades do buraco negro, como seria de se esperar do aumento de brilho observado durante um evento de ruptura de maré (TDE) padrão. Mas um padrão estranho surgiu nos eventos de ruptura de maré com buraco negro (rpTDES): cada clarão subsequente pode se tornar mais fraco. Os cientistas têm se esforçado para explicar esse escurecimento há algum tempo, mas finalmente uma equipe de pesquisadores da Universidade de Syracuse pode ter resolvido esse enigma.
Para chegar a uma resposta sobre o escurecimento dos flares de buracos negros, a equipe considerou um fator que não havia sido pensado antes: a rotação da própria estrela. Esse elemento explicou o escurecimento dos flares de buracos negros e também ajudou a explicar por que nem todos os eventos de ruptura de maré (rpTDEs) se comportam da mesma maneira.
Isso nos intrigou por dois anos", disse a líder da equipe, Ananya Bandopadhyay, da Universidade de Syracuse, em um comunicado.
Uma nova abordagem para lanches incríveis
Bandopadhyay e seus colegas determinaram anteriormente que a quantidade de material que uma estrela perde durante episódios repetidos de TDE rp depende parcialmente de sua estrutura interna, que por sua vez depende de sua massa.
Bandopadhyay compara uma estrela de baixa massa a um merengue fofo, o que a torna mais suscetível às forças de maré geradas pelo buraco negro, permitindo que mais material seja arrancado das profundezas da estrela.
Em contraste, uma estrela de alta massa tem uma estrutura mais parecida com uma cebola. Isso significa que, quando um corpo estelar desse tipo se aproxima de um buraco negro em um evento de ruptura de maré (rpTDE), suas camadas externas são removidas, mas seu núcleo resiste à influência do buraco negro. Assim, à medida que essa camada externa é reduzida, há cada vez menos material a ser removido em episódios subsequentes.
No entanto, isso por si só não explica completamente o escurecimento dos clarões de quatro dos dez rpTDEs atualmente descobertos, devido à influência que o buraco negro exerce sobre a estrela ao passar por ela.
Trabalhos anteriores da equipe identificaram que, durante as rpTDEs (evento de ruptura de maré), buracos negros supermassivos exercem um torque sobre a estrela que passa, fazendo com que ela gire mais rápido a cada passagem.
Isso significa que, embora menos material caia no buraco negro a cada passagem, a estrela retorna em períodos de tempo cada vez mais curtos. Isso ajuda a manter o brilho constante. Portanto, uma receita para diminuir o brilho requer um novo ingrediente.
Bandopadhyay determinou que esse elemento poderia ser uma estrela que já girava rapidamente antes de seu primeiro encontro com um buraco negro supermassivo.
Se uma estrela já estiver girando rapidamente quando encontra um buraco negro pela primeira vez, o torque experimentado não aumenta muito essa rotação. E sem esse aumento na rotação, não há encurtamento dos períodos entre os episódios, o que significa que cada vez menos material sendo arrancado resultaria em diminuição do brilho.
É claro que isso levanta outra questão: por que uma estrela estaria girando tão rapidamente em primeiro lugar?
Estrelas rebeldes podem ser a resposta
A chave para esse mistério pode estar no fato de que a maioria das estrelas não orbita os centros de suas galáxias, onde buracos negros supermassivos residem sozinhos, existindo, em vez disso, em sistemas binários.
Também é extremamente difícil 'ligar' uma estrela a um buraco negro supermassivo de forma tão forte que ela orbite o buraco negro em questão de meses, e ainda assim parece que isso acontece em eventos de ruptura de maré (rpTDEs)", disse Eric Coughlin, membro da equipe e professor da Universidade de Syracuse.
A perda de uma estrela companheira pode fazer com que um corpo estelar fique fortemente ligado a um buraco negro supermassivo, completando uma órbita a cada poucos meses.
Durante um processo chamado captura de Hills, quando um sistema binário estelar orbita um buraco negro supermassivo, a influência gravitacional do buraco negro despedaça o sistema binário, ejetando uma estrela e capturando a outra.
Se esse sistema binário estelar fosse particularmente compacto, com as estrelas orbitando muito próximas uma da outra, esse processo de ejeção e captura poderia deixar a estrela aprisionada girando rapidamente em uma órbita estreita.
Este trabalho demonstra que cada uma dessas peculiaridades pode ser explicada pelo mesmo fenômeno subjacente: a destruição de um sistema binário pelas forças de maré e a captura de uma das estrelas", disse Coughlin. "Do ponto de vista teórico, este é um grande avanço em nossa compreensão da física envolvida nesses sistemas".
A descoberta pode ter implicações mais próximas de nós também. Embora o buraco negro supermassivo da Via Láctea, Sagitário A* (Sgr A*), não esteja atualmente envolvido em um evento de ruptura de maré (rpTDE), ele é orbitado por muitas estrelas rápidas. Essas descobertas podem explicar como elas chegaram lá.
A pesquisa da equipe foi publicada em 18 de agosto no The Astrophysical Journal.
Robert Lea é um jornalista científico no Reino Unido, Ele também escreve sobre comunicação científica para a Elsevier e o European Journal of Physics. Rob é bacharel em física e astronomia pela Open University do Reino Unido. Siga-o no Twitter: @sciencef1rst.
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