Por quase meio século, os cientistas aderiram à teoria de que quando uma estrela chegar ao fim de seu ciclo de vida, ela sofrerá um colapso gravitacional. Nesse ponto, assumindo a presença de massa suficiente, esse colapso desencadeará a formação de um buraco negro. Saber quando e como um buraco negro se formará tem sido algo que os astrônomos têm procurado.
E porque não? Ser capaz de testemunhar a formação de um buraco negro não seria apenas um evento incrível, mas também levaria a um tesouro de descobertas científicas. E, de acordo com um estudo recente de uma equipe de pesquisadores da Ohio State University, em Columbus, podemos finalmente ter feito exatamente isso.
A equipe de pesquisa foi liderada por Christopher Kochanek, professor de astronomia e um eminente estudioso do estado de Ohio. Usando imagens tiradas pelo Telescópio Binocular Grande (LBT) e pelo Telescópio Espacial Hubble (HST), ele e seus colegas conduziram uma série de observações de uma estrela supergigante vermelha chamada N6946-BH1.
Para quebrar o processo de formação de buracos negros, de acordo com nossa compreensão atual dos ciclos de vida das estrelas, um buraco negro se forma após uma estrela de massa muito alta experimentar uma supernova. Isso começa quando a estrela acaba com seu suprimento de combustível e sofre uma súbita perda de massa, onde a camada externa da estrela é derramada, deixando para trás uma estrela de nêutrons remanescente.
Em seguida, os elétrons se ligam novamente aos íons hidrogênio que foram eliminados, o que causa uma explosão brilhante. Quando a fusão do hidrogênio é interrompida, o restante da estrela começa a esfriar e desaparecer; e, eventualmente, o restante do material se condensa para formar um buraco negro.
No entanto, nos últimos anos, vários astrônomos especularam que, em alguns casos, as estrelas experimentarão uma supernova com falha. Nesse cenário, uma estrela de massa muito alta termina seu ciclo de vida transformando-se em um buraco negro sem que a explosão maciça de energia usual aconteça anteriormente.
Como a equipe de Ohio observou em seu estudo - intitulado “A busca por supernovas com falha no Grande Telescópio Binocular: confirmação de uma estrela que desaparece” - pode ser o que aconteceu com o N6946-BH1, um supergigante vermelho que possui 25 vezes a massa de nossa A Sun localiza-se a 20 milhões de anos-luz da Terra.
Usando as informações obtidas com o LBT, a equipe observou que o N6946-BH1 mostrou algumas mudanças interessantes em sua luminosidade entre 2009 e 2015 - quando foram feitas duas observações separadas. Nas imagens de 2009, o N6946-BH1 aparece como uma estrela brilhante e isolada. Isso foi consistente com os dados de arquivo obtidos pelo HST em 2007.
No entanto, os dados obtidos pelo LBT em 2015 mostraram que a estrela não era mais aparente no comprimento de onda visível, o que também foi confirmado pelos dados do Hubble do mesmo ano. Os dados do LBT também mostraram que, durante vários meses em 2009, a estrela sofreu um breve mas intenso surto, onde se tornou um milhão de vezes mais brilhante que o nosso Sol e depois desapareceu constantemente.
Eles também consultaram dados da pesquisa da Palomar Transit Factory (PTF) para comparação, bem como observações feitas por Ron Arbor (astrônomo amador britânico e caçador de supernovas). Nos dois casos, as observações mostraram evidências de um surto durante um breve período em 2009, seguido de um desvanecimento constante.
No final, todas essas informações foram consistentes com o modelo fracassado de supernovas-buraco negro. Como o Prof. Kochanek, principal autor do artigo do grupo - - disse à Space Magazine por e-mail:
“Na imagem de formação de supernova com falha / buraco negro deste evento, o transitório é impulsionado pela supernova com falha. A estrela que vemos antes do evento é uma supergigante vermelha - então você tem um núcleo compacto (tamanho de ~ terra) da casca de queima de hidrogênio e, em seguida, um enorme e inchado envelope estendido de principalmente hidrogênio que pode se estender até a escala de Júpiter órbita. Este envelope está muito fracamente ligado à estrela. Quando o núcleo da estrela entra em colapso, a massa gravitacional cai alguns décimos da massa do sol por causa da energia transportada pelos neutrinos. Essa queda na gravidade da estrela é suficiente para enviar uma fraca onda de choque através do envelope inchado que a afasta. Isso produz um transiente frio e de baixa luminosidade (comparado a uma supernova, cerca de um milhão de vezes a luminosidade do sol) transitório que dura cerca de um ano e é alimentado pela energia da recombinação. Todos os átomos no envelope inchado foram ionizados - elétrons não ligados a átomos - à medida que o envelope ejetado se expande e esfria, todos os elétrons tornam-se ligados aos átomos novamente, o que libera energia para alimentar o transitório. O que vemos nos dados é consistente com esta imagem. ”
Naturalmente, a equipe considerou todas as possibilidades disponíveis para explicar o repentino "desaparecimento" da estrela. Isso incluiu a possibilidade de a estrela estar envolta em tanta poeira que sua luz óptica / UV estava sendo absorvida e reemitida. Mas, como eles descobriram, isso não estava de acordo com suas observações.
"O essencial é que nenhum modelo que use poeira para esconder a estrela realmente funciona, então parece que tudo o que existe agora deve ser muito menos luminoso do que a estrela pré-existente". Kochanek explicou. "No contexto do modelo de supernova com falha, a luz residual é consistente com o decaimento tardio da emissão do material acumulado no recém-formado buraco negro".
Naturalmente, serão necessárias mais observações antes que possamos saber se esse foi ou não o caso. Isso provavelmente envolveria missões de raios-X e IR, como o Telescópio Espacial Spitzer e o Observatório de Raios-X Chandra, ou um dos muitos telescópios espaciais da próxima geração a serem implantados nos próximos anos.
Além disso, Kochanek e seus colegas esperam continuar monitorando o possível buraco negro usando o LBT e visitando novamente o objeto com o HST dentro de um ano. "Se for verdade, devemos continuar vendo o objeto desaparecer com o tempo", disse ele.
Escusado será dizer que, se for verdade, essa descoberta seria um evento sem precedentes na história da astronomia. E as notícias certamente atraíram sua parcela de entusiasmo da comunidade científica. Como Avi Loeb - professor de astronomia da Universidade de Harvard - expressou à Space Magazine por e-mail:
“O anúncio da possível descoberta de uma estrela que entrou em colapso para criar um buraco negro é muito interessante. Se verdadeiro, será a primeira vista direta da sala de parto de um buraco negro. A imagem é um pouco confusa (como qualquer sala de parto), com incertezas sobre as propriedades do bebê que foi entregue. A maneira de confirmar que um buraco negro nasceu é detectar raios-X.
“Sabemos que existem buracos negros de massa estelar, mais recentemente graças à descoberta de ondas gravitacionais de sua coalescência pela equipe do LIGO. Quase oitenta anos atrás, Robert Oppenheimer e colaboradores previram que estrelas massivas podem entrar em colapso para buracos negros. Agora, podemos ter a primeira evidência direta de que o processo realmente acontece na natureza.
Mas, é claro, devemos lembrar que, dada a distância, o que poderíamos estar testemunhando com o N6946-BH1 aconteceu 20 milhões de anos atrás. Portanto, do ponto de vista desse potencial buraco negro, sua formação é uma notícia antiga. Mas para nós, poderia ser uma das observações mais inovadoras da história da astronomia.
Assim como o espaço e o tempo, o significado é relativo ao observador!
