As estrelas mais massivas do universo normalmente terminam suas vidas em explosões espetaculares conhecidas como supernovas, antes de colapsar em buracos negros. No entanto, uma enorme estrela parece ter encontrado um destino muito diferente. Em vez de explodir, ela se aproximou demais de um imenso buraco negro, que a despedaçou e a consumiu pedacinho por pedacinho.
Esse cenário explica melhor as descobertas de um novo estudo publicado na Nature Astronomy, que descreve o fluxo de energia mais poderoso e mais distante já observado de um buraco negro supermassivo. O objeto foi detectado pela primeira vez em 2018 pelo Zwicky Transient Facility (ZTF), um levantamento do céu financiado pela Fundação Nacional de Ciência dos EUA (NSF) e operado no Observatório Palomar do Caltech. Também foi monitorado pelo Catalina Real-Time Transient Survey, outro projeto do Caltech, financiado pela NSF. O fluxo brightou dramaticamente — por um fator de 40 em apenas alguns meses — e, em seu pico, foi 30 vezes mais luminoso do que qualquer outro fluxo de buraco negro observado anteriormente. Em sua máxima intensidade, brilhou com a luz de 10 trilhões de sóis.
Um Vislumbre do Universo Antigo
O buraco negro responsável é um núcleo galáctico ativo (AGN), um tipo de buraco negro que se alimenta ativamente da matéria circundante. Conhecido como J2245+3743, este AGN é estimado em ter uma massa 500 milhões de vezes maior que a do Sol e está situado a cerca de 10 bilhões de anos-luz da Terra. Como a luz leva tempo para viajar através de tais distâncias vastas, os astrônomos estão observando este evento como ocorreu quando o universo ainda era jovem.
“A energia demonstra que este objeto está muito longe e muito brilhante,” diz Matthew Graham, autor principal do estudo e professor de astronomia no Caltech. “Este é um AGN como nunca vimos antes.”
Ainda que o fluxo esteja gradualmente diminuindo, os astrônomos continuam a observá-lo. O tempo passa de maneira diferente a essas distâncias — um fenômeno conhecido como dilatação temporal cosmológica. Como Graham explica, “À medida que a luz viaja através do espaço em expansão para nos alcançar, seu comprimento de onda se estica, assim como o tempo.” Por causa disso, levantamentos de céu de longo prazo, como o ZTF e o Catalina, são cruciais. “Sete anos aqui são dois anos lá. Estamos assistindo ao evento sendo reproduzido em um quarto da velocidade,” acrescenta.
A Estrela Que Foi Despedaçada
Para descobrir o que poderia ter causado essa extraordinária erupção, os pesquisadores testaram várias possibilidades e determinaram que a causa mais provável é um evento de destruição das marés (TDE). Um TDE ocorre quando uma estrela se aproxima demais de um buraco negro supermassivo e é despedaçada por sua imensa gravidade. O material da estrela é gradualmente puxado e consumido. Desde que o fluxo do J2245+3743 ainda é visível, os astrônomos acreditam que o buraco negro ainda está no meio da sua refeição, “como um peixe que está apenas na metade do gogó da baleia,” diz Graham.
Se essa explicação estiver correta, a estrela condenada tinha pelo menos 30 vezes a massa do Sol. O antigo recorde para o maior TDE conhecido — um evento apelidado de Barbie Assustadora — era cerca de 30 vezes mais fraco e envolvia uma estrela com apenas três a dez vezes a massa do Sol.
Um Evento Raro Dentro de um Disco de Atração de Buraco Negro
Das aproximadamente 100 TDEs conhecidas, a maioria não ocorreu dentro de sistemas AGN, que já estão cercados por discos densos e em movimento de material alimentando o buraco negro central. Esses ambientes brilhantes geralmente ocultam outros eventos, tornando os TDEs difíceis de serem detectados. No entanto, o brilho intenso do J2245+3743 fez com que se destacasse claramente.
Inicialmente, os astrônomos não observaram nada de incomum. Quando o objeto foi identificado pela primeira vez em 2018, os espectros obtidos com o Telescópio Hale de 200 polegadas no Observatório Palomar não mostraram características especiais. Mas, em 2023, o fluxo estava diminuindo mais lentamente do que o esperado. Um espectro de acompanhamento do Observatório W. M. Keck no Havai revelou a extrema luminosidade do AGN.
Confirmando o Fluxo Mais Brilhante Já Registrado
“No início, era importante estabelecer que este objeto extremo realmente era tão brilhante,” diz a co-autora K. E. Saavik Ford do City University of New York (CUNY) Graduate Center, do Borough of Manhattan Community College e do American Museum of Natural History (AMNH). Ford explica que uma alternativa era que a luz do fluxo estava sendo direcionada diretamente para a Terra, mas dados da antiga missão Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) da NASA descartaram essa possibilidade. Com outras alternativas eliminadas, a equipe concluiu que o J2245+3743 representa o fluxo de buraco negro mais brilhante já observado.
“Se você converter nosso Sol inteiro em energia, usando a famosa fórmula de Albert Einstein E = mc², essa é a quantidade de energia que tem jorrado deste fluxo desde que começamos a observá-lo,” observa Ford.
A Destruição de uma Estrela Incomparável por Supernovas
Depois de verificar a intensidade recorde do fluxo, os pesquisadores exploraram sua origem. “Supernovas não são brilhantes o suficiente para explicar isso,” diz Ford. A explicação mais consistente é que um buraco negro supermassivo está lentamente despedaçando uma estrela colossal.
“Estrelas tão massivas são raras,” continua Ford, “mas pensamos que estrelas dentro do disco de um AGN podem crescer maiores. A matéria do disco é despejada nas estrelas, fazendo com que elas cresçam em massa.”
Buscando Mais Gigantes Cósmicos
Descobrir um buraco negro devorando uma estrela tão massiva sugere que eventos semelhantes podem estar acontecendo em outras partes do universo. A equipe de pesquisa planeja vasculhar mais dados do ZTF em busca de outros exemplos, e futuros observatórios, como o Vera C. Rubin Observatory da NSF e do Departamento de Energia, também podem descobrir mais grandes TDEs.
“Nunca teríamos encontrado este evento raro se não fosse pelo ZTF,” diz Graham. “Estamos observando o céu com o ZTF há sete anos agora, então, quando vemos qualquer coisa brilhar ou mudar, podemos ver o que fez no passado e como vai evoluir.”
A Equipe Por Trás da Descoberta
O estudo, intitulado “Um Fluxo Extremamente Luminoso Registrado de um Buraco Negro Supermassivo,” foi apoiado pela NSF, pela Simons Foundation, pela NASA e pela Fundação de Pesquisa da Alemanha. Os co-autores incluem pesquisadores do Caltech, Andrew Drake, Yuanze Ding (MS ’25), Mansi Kasliwal (PhD ’11), Sam Rose, Jean Somalwar (agora pós-doutorando na UC Berkeley), George Djorgovski, Shri Kulkarni e Ashish Mahabal; Tracy Chen e Steven Groom do centro de astronomia IPAC do Caltech; e Daniel Stern do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA (administrado pelo Caltech). Contribuidores adicionais incluem Barry McKernan (CUNY Graduate Center, Borough of Manhattan Community College e AMNH); Matteo Cantiello (Flatiron Institute e Princeton University); Mike Koss (Eureka Scientific); Raffaella Margutti (UC Berkeley); Phil Wiseman (University of Southampton, UK); Patrik Veres (Ruhr University, Germany); e Eric Bellm (University of Washington).
O ZTF do Caltech é financiado pela NSF e parceiros internacionais, com apoio adicional da Heising-Simons Foundation e do Caltech. Os dados são processados e arquivados pelo IPAC do Caltech, e a NASA financia a busca por objetos próximos à Terra do ZTF através de seu programa de Observações de Objetos Próximos à Terra.