Desvende o mistério dos eventos de perturbação das marés

O universo é um lugar violento, então a vida de uma estrela pode ser interrompida aqui. Isso acontece quando uma estrela se encontra em uma vizinhança “ruim”, especificamente perto de um aglomerado massivo Buraco negro.

Esses buracos negros, que possuem uma massa milhões ou até bilhões de vezes maior que o nosso sol, geralmente são encontrados nos centros de galáxias silenciosas. À medida que a estrela se afasta do buraco negro, ela experimenta uma atração gravitacional ascendente do buraco negro supermassivo, que eventualmente supera as forças que mantêm a estrela intacta. Isso resulta na interrupção ou destruição da estrela, um evento conhecido como evento de ruptura de maré (TDE).

“Depois que a estrela se rompe, seu gás forma um disco de acreção ao redor do buraco negro. Explosões brilhantes do disco podem ser observadas em quase todos os comprimentos de onda, particularmente com telescópios e satélites que detectam raios-X”, diz o pesquisador de pós-doutorado Yannis Lioudakis da Universidade de Turku e do Centro Finlandês de Astronomia. ESO (vinca).

Até recentemente, apenas alguns pesquisadores conheciam o TDE, pois não havia muitos experimentos capazes de detectá-lo. No entanto, nos últimos anos, os cientistas desenvolveram as ferramentas para monitorar mais TDE. Curiosamente, mas talvez não surpreendentemente, essas observações levaram a novos mistérios que os pesquisadores estão estudando atualmente.

“Observações de experimentos em larga escala com telescópios ópticos revelaram que um grande número de TDEs não produz raios-X, embora explosões de luz visível possam ser claramente detectadas. Essa descoberta contradiz nossa compreensão básica da evolução da matéria estelar interrompida em TDEs”, observa Liodakis.

Em um evento de ruptura de maré, uma estrela se aproxima o suficiente de um buraco negro supermassivo para que a atração gravitacional do buraco negro dobre a estrela até que ela seja destruída (Imagem 1). A matéria interestelar da estrela destruída forma um fluxo elíptico em torno do buraco negro (imagem 2). Choques de maré se formam ao redor do buraco negro quando o gás atinge a si mesmo em seu caminho de volta depois de orbitar o buraco negro (imagem 3). Os choques de maré criam rajadas brilhantes de luz polarizada observáveis ​​em comprimentos de onda ópticos e ultravioleta. Com o tempo, o gás da estrela destruída forma um disco de acreção em torno do buraco negro (imagem 4) à medida que é lentamente puxado para dentro do buraco negro. Observação: o tamanho da imagem não é preciso. Crédito: Jenny Gurmaninen

Um estudo publicado na revista ciências Uma equipe internacional de astrônomos liderada pelo Centro Finlandês de Astronomia com o ESO sugere que a luz polarizada vinda do TDE pode ser a chave para resolver esse quebra-cabeça.

Em vez de formar um disco brilhante de acreção de raios-X ao redor do buraco negro, a explosão observada na luz óptica e ultravioleta detectada em muitos TDEs pode se originar de choques de maré. Esses choques se formam longe do buraco negro quando o gás da estrela destruída atinge a si mesmo em seu caminho de volta depois de orbitar o buraco negro. O brilhante disco de acreção de raios-X se formaria mais tarde nesses eventos.

“A polarização da luz pode fornecer informações únicas sobre processos fundamentais em sistemas astrofísicos. A luz polarizada que medimos no TDE só pode ser explicada por esses choques de maré”, diz Lioudakis, principal autor do estudo.

A luz polarizada ajudou os pesquisadores a entender a destruição das estrelas

A equipe recebeu um alerta público no final de 2020 do satélite Gaia sobre um evento nuclear transitório em uma galáxia próxima identificada como AT 2020mot. Os pesquisadores então observaram AT 2020mot em uma ampla gama de comprimentos de onda, incluindo polarização óptica e observações de espectroscopia realizadas no Telescópio Óptico Escandinavo (NOT), de propriedade da Universidade de Turku. As observações feitas no NOT foram particularmente úteis para tornar essa descoberta possível. Além disso, observações de polarização foram feitas como parte de um curso de astronomia observacional para alunos do ensino médio.

“O telescópio óptico escandinavo e o polarímetro que usamos no estudo foram fundamentais em nossos esforços para entender os buracos negros supermassivos e seus ambientes”, diz a pesquisadora de doutorado Jenny Jormaninen da FINCA e da Universidade de Turku, que liderou as observações e análises de polarização com o NOT.

Os pesquisadores descobriram que a luz óptica proveniente do AT 2020mot era altamente polarizada e mudava com o tempo. Apesar de muitas tentativas, nem o rádio nem os telescópios de raios-X foram capazes de detectar a radiação do evento antes, durante ou mesmo meses após o pico da erupção.

“Quando vimos como o AT2020mot era polarizado, imediatamente pensamos em um jato saindo de um buraco negro, como costumamos observar em torno de buracos negros supermassivos que acumulam gás ao redor. No entanto, nenhum jato foi encontrado”, diz Elena Lindfors, pesquisadora acadêmica da Universidade de Turku e Fenca.

A equipe de astrônomos percebeu que os dados correspondiam a um cenário em que um fluxo de gás interestelar colide consigo mesmo e forma saliências perto do centro e da frente de sua órbita ao redor do buraco negro. Os choques então amplificam o campo magnético e o organizam no fluxo estelar que resultará naturalmente em luz altamente polarizada. O nível de polarização óptica era alto demais para ser explicado pela maioria dos modelos, e o fato de estar mudando com o tempo tornava isso ainda mais difícil.

“Todos os modelos que examinamos não conseguiram explicar as observações, exceto o modelo de choque de maré”, observa Kari Kollionen, que era astrônomo da FINCA na época das observações e agora trabalha na Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia (NTNU).

Os pesquisadores continuarão monitorando a luz polarizada proveniente dos TDEs e poderão em breve descobrir mais sobre o que acontece depois que uma estrela cai.

Referência: “Polarização Óptica de Colisão de Choque de Corrente Estelar em um Evento de Perturbação de Maré” por I.A. Leodakis, KII Koljonen, D. Blinov, E. Lindfors, KD Alexander, T. Hovatta, M. Berton, A. Hajela, J. Jormanainen, K. Kouroumpatzakis, N. Mandarakas e K.
DOI: 10.1126/science.abj9570