As estrelas mais massivas do universo normalmente terminam suas vidas em explosões espetaculares conhecidas como supernovas, antes de colapsarem em buracos negros. Mas 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 aos poucos.
Esse cenário melhor explica as descobertas de um novo estudo na Nature Astronomy que descreve o mais poderoso e distante flare de energia já visto 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 acompanhado pelo Catalina Real-Time Transient Survey, outro projeto do Caltech financiado pela NSF. O flare brilhou dramaticamente — com um aumento de 40 vezes em meses — e, em seu pico, foi 30 vezes mais luminoso do que qualquer flare de buraco negro observado anteriormente. Em sua intensidade máxima, ele brilhava com a luz de 10 trilhões de sóis.
Um Vislumbre do Universo Primordial
O buraco negro responsável é um núcleo galáctico ativo (AGN), um tipo de buraco negro que se alimenta ativamente de matéria ao seu redor. Conhecido como J2245+3743, este AGN é estimado em ter uma massa 500 milhões de vezes maior que a do Sol e está a cerca de 10 bilhões de anos-luz da Terra. Como a luz leva tempo para viajar por essas vastas distâncias, os astrônomos estão vendo este evento como ocorreu quando o universo ainda era jovem.
“A energia mostra que este objeto está muito distante e é muito brilhante”, diz Matthew Graham, autor principal do estudo e professor de astronomia no Caltech. “Isso é diferente de qualquer AGN que já vimos.”
Embora o flare esteja gradualmente desaparecendo, os astrônomos continuam a observá-lo. O próprio tempo passa de maneira diferente a essas distâncias — um fenômeno conhecido como dilatação do tempo cosmológico. Como explica Graham, “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 longo prazo do céu, como o ZTF e o Catalina, são cruciais. “Sete anos aqui representam dois anos lá. Estamos assistindo ao evento se desenrolar em um quarto da velocidade”, acrescenta.
A Estrela que Foi Despedaçada
Para descobrir o que poderia ter causado essa extraordinária explosão, os pesquisadores testaram várias possibilidades e determinaram que a explicação mais provável é um evento de interrupção de maré (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 atraído e consumido. Como o flare de J2245+3743 ainda é visível, os astrônomos acreditam que o buraco negro está ainda “em meio ao almoço”, como diz Graham, “como um peixe que está apenas metade para baixo da garganta de uma baleia”.
Se essa explicação estiver correta, a estrela condenada tinha pelo menos 30 vezes a massa do Sol. O antigo recordista do maior TDE conhecido — um evento apelidado de Scary Barbie — 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 Alimentação de Buraco Negro
A maioria dos aproximadamente 100 TDEs conhecidos não ocorreu dentro de sistemas AGN, que já estão rodeados por discos densos e giratórios de material que alimentam o buraco negro central. Esses ambientes brilhantes geralmente ocultam outros eventos, tornando os TDEs difíceis de detectar. No entanto, o brilho intenso de J2245+3743 o fez destacar-se claramente.
Inicialmente, os astrônomos não notaram nada de estranho. 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 flare estava desaparecendo 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 Flare Mais Brilhante Já Registrado
“A princípio, era importante estabelecer que este objeto extremo era realmente tão brilhante”, diz a coautora K. E. Saavik Ford, do Centro de Graduação da Universidade da Cidade de Nova York (CUNY) e do Museu Americano de História Natural (AMNH). Ford explica que uma alternativa era que a luz do flare estivesse sendo direcionada diretamente para a Terra, mas dados da antiga missão Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) da NASA eliminaram essa possibilidade. Com outras alternativas descartadas, a equipe concluiu que J2245+3743 representa o flare 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 flare desde que começamos a observá-lo”, observa Ford.
A Destruição de uma Estrela sem Igual com Supernovas
Após verificar a intensidade recorde do flare, os pesquisadores exploraram sua origem. “As 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 acreditamos que estrelas dentro do disco de um AGN podem crescer mais. O material do disco é despejado sobre as estrelas, fazendo com que elas aumentem de massa.”
Buscando Mais Gigantes Cósmicos
Descobrir um buraco negro devorando uma estrela tão massiva sugere que eventos semelhantes podem estar ocorrendo em outras partes do universo. A equipe de pesquisa planeja vasculhar mais dados do ZTF para localizar outros exemplos, e futuros observatórios como o Vera C. Rubin Observatory da NSF e do Departamento de Energia também podem descobrir outros grandes TDEs.
“Nunca teríamos encontrado este evento raro no primeiro lugar se não fosse pelo ZTF”, diz Graham. “Estamos observando o céu com o ZTF há sete anos, então, quando vemos algo brilhar ou mudar, podemos ver o que ele fez no passado e como vai evoluir.”
A Equipe por Trás da Descoberta
O estudo, intitulado “Um Flare Extremamente Luminoso Registrado de um Buraco Negro Supermassivo”, foi apoiado pela NSF, pela Simons Foundation, pela NASA e pela Fundação Alemã de Pesquisa. 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 (gerido pelo Caltech). Contribuições adicionais incluíram 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 (Universidade de Southampton, Reino Unido); Patrik Veres (Universidade de Ruhr, Alemanha); e Eric Bellm (Universidade de 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 do ZTF por objetos próximos à Terra através de seu programa de Observações de Objetos Perto da Terra.
