Duas erupções apontam para uma estrela sobrevivente
Uma estrela parece ter sobrevivido a uma passagem próxima de um buraco negro supermassivo, apenas para regressar e perder mais matéria. Astrónomos da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC) identificaram o fenómeno recorrente, AT 2022dbl, depois de este ter começado a brilhar novamente em janeiro de 2024. A sua principal pista foi a notável semelhança entre a luz emitida nas duas erupções.
Índice
- Duas erupções apontam para uma estrela sobrevivente
- Como um buraco negro pode despedaçar uma estrela
- Porque são importantes os espectros semelhantes
- Como foi detetada a segunda erupção
- Uma possível origem num par de estrelas
- O que muda no estudo da perturbação estelar
- A equipa e a procura de mais exemplos
- Principais pontos
Os resultados foram publicados a 9 de agosto de 2024 na revista The Astrophysical Journal Letters. No seu comunicado de investigação, a USTC descreveu AT 2022dbl como o primeiro evento de perturbação de marés parcial recorrente confirmado por espectroscopia, o estudo da luz decomposta nos seus comprimentos de onda constituintes.
Um evento de perturbação de marés, ou TDE, ocorre quando uma estrela passa suficientemente perto de um buraco negro de grande massa para que a gravidade lhe arranque matéria. Essa matéria produz uma erupção luminosa à medida que se aproxima do buraco negro. Numa perturbação parcial, uma parte da estrela sobrevive, tornando possível um novo encontro.
AT 2022dbl é importante porque os investigadores obtiveram mais do que um registo de um objeto que brilhou intensamente por duas vezes. As duas erupções apresentaram características de emissão muito semelhantes, incluindo as associadas ao azoto. Essas características sustentam a conclusão da equipa de que a matéria envolvida nos dois episódios provinha, muito provavelmente, da mesma estrela.
A descoberta também altera a forma como os astrónomos poderão interpretar perturbações estelares aparentemente comuns. Segundo a equipa, cada uma das erupções de AT 2022dbl parecia um TDE típico quando considerada isoladamente. Acompanhar o objeto ao longo do tempo revelou uma história mais complexa: uma estrela aparentemente a perder matéria em encontros sucessivos, em vez de desaparecer num único evento.
Como um buraco negro pode despedaçar uma estrela
Um buraco negro exerce uma força de atração maior sobre o lado de uma estrela próxima que está mais perto dele do que sobre o lado mais distante. Quando essa diferença se torna suficientemente grande, estica a estrela e pode arrancar-lhe matéria. É esta diferença na força gravitacional que dá origem ao nome força de maré.
O termo acreção descreve a acumulação de matéria em torno de um objeto e o seu movimento na sua direção sob o efeito da gravidade. Num TDE, os detritos estelares aquecem e libertam radiação durante esse processo. Os astrónomos detetam a erupção resultante, que permite investigar um encontro ocorrido muito para além do alcance da observação direta.
A USTC explica que um TDE típico aumenta rapidamente de brilho ao longo de dezenas de dias e depois esmorece durante meses ou anos. Uma perturbação parcial pode seguir um padrão semelhante. A sua característica distintiva é a estrela sobrevivente, que pode manter-se numa órbita que a volta a aproximar do buraco negro.
No caso de AT 2022dbl, os investigadores interpretam a nova erupção e os espectros semelhantes como prova desse processo recorrente. A luz contém informação sobre a matéria que está a ser arrancada, enquanto o regresso do brilho mostra que a atividade foi retomada.
Porque são importantes os espectros semelhantes
Um espectro separa a luz por comprimento de onda, tal como um prisma dispersa a luz visível em diferentes cores. Os átomos e os iões produzem características em comprimentos de onda específicos. Os astrónomos usam-nas para investigar a composição e as condições físicas da matéria que emite a luz.
As duas erupções de AT 2022dbl apresentaram características das linhas de emissão extremamente semelhantes. A USTC destacou características que indicam uma abundância invulgarmente elevada de elementos associados a reações nucleares no interior das estrelas. Entre as características coincidentes estavam linhas de emissão de N III, produzidas por átomos de azoto que perderam dois eletrões.
A equipa de investigação interpretou esta semelhança química como um indício fundamental de que ambos os episódios envolveram matéria da mesma estrela. O raciocínio associa o momento da retoma da atividade à composição revelada pela luz: o objeto voltou a brilhar e a sua emissão apresentou uma assinatura química muito semelhante.
Os candidatos anteriores a perturbações de marés recorrentes tinham sido sustentados sobretudo por curvas de luz, que representam o brilho ao longo do tempo. A USTC afirmou que esses casos não dispunham de provas comparavelmente fortes para além da variação do brilho e não tinham obtido aceitação generalizada. AT 2022dbl acrescentou uma comparação espectral entre as erupções, dando uma base observacional mais sólida à explicação de uma perturbação parcial recorrente.
Como foi detetada a segunda erupção
A equipa da USTC atualizava regularmente as curvas de luz de eventos de perturbação de marés conhecidos, à procura de atividade renovada. Esse acompanhamento contínuo permitiu aos investigadores reconhecer o aumento de brilho de AT 2022dbl em janeiro de 2024 e organizar observações enquanto a nova erupção ainda se desenvolvia.
Ativaram a monitorização com o satélite Swift e a rede de telescópios do Las Cumbres Observatory, conhecida como LCOGT. Estas observações mediram o evento em várias bandas de comprimento de onda, proporcionando à equipa um registo mais abrangente da evolução da radiação do que seria possível com uma única banda.
Os investigadores obtiveram também um espectro inicial de elevada qualidade com o telescópio Hale, conhecido como P200, no Observatório de Palomar, nos Estados Unidos. Esse espectro ajudou a identificar a nova erupção como um evento de perturbação de marés e permitiu a comparação fundamental com a primeira erupção.
As principais etapas foram:
- Janeiro de 2024: A equipa detetou um novo aumento de brilho de AT 2022dbl e iniciou observações com o Swift, o LCOGT e o telescópio Hale de Palomar.
- 9 de agosto de 2024: O estudo foi publicado na revista The Astrophysical Journal Letters com o título The Unluckiest Star: A Spectroscopically Confirmed Repeated Partial Tidal Disruption Event AT 2022dbl.
Detetar o regresso da atividade numa fase inicial foi importante porque uma erupção muda à medida que evolui. As observações rápidas permitiram aos investigadores obter um espectro da fase inicial do segundo episódio, juntamente com medições da evolução do seu brilho.
Uma possível origem num par de estrelas
Os investigadores propõem que a estrela sobrevivente poderá ter pertencido originalmente a um sistema binário, ou seja, duas estrelas em órbita uma da outra. Um encontro próximo com o buraco negro poderá ter separado o par e deixado uma das estrelas ligada gravitacionalmente ao buraco negro.
Nesta explicação, a estrela capturada segue uma órbita elíptica de excentricidade muito elevada. A excentricidade descreve o grau de alongamento de uma órbita: numa órbita quase circular, o objeto mantém-se a uma distância relativamente constante, enquanto numa órbita muito alongada se afasta bastante antes de voltar a aproximar-se.
Cada passagem próxima poderia então expor a estrela a forças de maré intensas, arrancando-lhe mais matéria e produzindo outra erupção. Esta hipótese oferece uma explicação física para a forma como uma estrela poderia sobreviver a um encontro e regressar mais tarde para voltar a perder matéria.
A origem num sistema binário e a órbita proposta são interpretações da equipa com base nas observações. O comunicado não indica uma data confirmada para uma nova erupção. A monitorização contínua permitiria aos astrónomos procurar mais atividade e comparar qualquer episódio futuro com os dois primeiros.
O que muda no estudo da perturbação estelar
AT 2022dbl coloca um problema prático aos astrónomos que classificam estes eventos: uma erupção causada pela perturbação parcial de uma estrela pode parecer-se com a de um TDE comum. Os investigadores afirmaram que o comportamento de cada episódio era indistinguível do dos eventos típicos.
Por isso, os estudos que observam apenas uma erupção poderão incluir estrelas sobreviventes entre os objetos interpretados como tendo sofrido uma única perturbação. A USTC afirmou que a investigação dos TDE óticos tem ignorado em grande medida as perturbações parciais recorrentes, enquanto esta descoberta sugere que esses eventos poderão ser mais comuns do que se supunha.
Esta diferença é importante quando os investigadores contabilizam eventos e estudam a forma como as estrelas perdem matéria perto de buracos negros. Uma população que inclua estrelas que regressam repetidamente tem uma história diferente de uma população em que cada erupção representa o encontro final de uma estrela distinta. AT 2022dbl oferece aos investigadores um caso concreto a analisar ao reavaliarem essas contagens e os modelos físicos.
A estratégia de observação também é relevante. A monitorização regular de objetos conhecidos pode revelar atividade que uma observação de descoberta, por si só, não detetaria. Neste caso, a combinação de medições contínuas do brilho, uma resposta rápida e espectroscopia produziu as provas fundamentais.
A equipa e a procura de mais exemplos
O primeiro autor do artigo é Zheyu Lin, doutorando na USTC, com orientação conjunta do professor Xu Kong e do investigador associado Ning Jiang. Jiang, o professor Tinggui Wang e Kong são os autores correspondentes. Entre as instituições colaboradoras contam-se os Observatórios Astronómicos Nacionais da Academia Chinesa de Ciências, a Universidade de Wuhan, a Universidade de Hiroshima, a Universidade de Quioto e o Instituto Indiano de Astrofísica.
O projeto recebeu apoio de organizações como a Fundação Nacional de Ciências Naturais da China, o Ministério da Ciência e Tecnologia, a Academia Chinesa de Ciências, o programa espacial tripulado da China, a Fundação Tang e as autoridades provinciais de Anhui.
Os investigadores esperam utilizar o Telescópio de Rastreio de Campo Amplo, ou WFST, também conhecido como Telescópio de Rastreio Mozi, para encontrar mais eventos como AT 2022dbl. A USTC e o Observatório da Montanha Púrpura desenvolveram conjuntamente o telescópio, e os eventos de perturbação de marés estão entre os seus principais alvos científicos.
A descoberta de mais exemplos daria aos astrónomos mais estrelas e erupções para comparar. AT 2022dbl mostra o valor de combinar a procura de novos eventos com o acompanhamento contínuo dos já conhecidos: um objeto cujo brilho diminuiu poderá ainda ter outro episódio observável pela frente.
Principais pontos
- Investigadores da USTC detetaram um novo aumento de brilho de AT 2022dbl em janeiro de 2024.
- Os espectros semelhantes das duas erupções sustentam a conclusão de que um buraco negro arrancou matéria à mesma estrela por duas vezes.
- A equipa descreve o caso como o primeiro evento de perturbação de marés parcial recorrente confirmado por espectroscopia.
- O Swift, o LCOGT e o telescópio Hale de Palomar forneceram observações da segunda erupção.
- O estudo foi publicado a 9 de agosto de 2024 na revista The Astrophysical Journal Letters.
- Os investigadores propõem que se trata de uma estrela capturada numa órbita alongada e tencionam procurar mais exemplos com o WFST.
