Estrela sobrevive a encontro próximo com buraco negro

Os astrônomos podem ter descoberto uma estrela que teve um encontro próximo com um buraco negro gigante e sobreviveu para contar a história!

Dados do Observatório de Raios-X Chandra, da NASA, e do XMM-Newton, da ESA, revelaram o acontecimento que começou com uma estrela gigante vermelha a aproximar-se de um buraco negro supermassivo, localizado na galáxia GSN 069, a aproximadamente 250 milhões de anos-luz da Terra. O buraco negro tem cerca de 400 mil vezes a massa do Sol, o que o coloca na extremidade inferior da escala para buracos negros supermassivos.

Estrela sobrevive a encontro próximo com um buraco negro – Raios-X e ilustração. Créditos: X-ray: NASA/CXO/CSIC-INTA/G.Miniutti et al.; Illustration: NASA/CXC/M. Weiss.
Quando a gigante vermelha foi capturada pela gravidade do buraco negro, as suas camadas externas foram arrancadas, deixando para trás uma anã branca.

“Na minha interpretação dos dados de raios-X, a anã branca sobreviveu, mas não escapou, estando agora presa numa órbita elíptica em torno do buraco negro, dando uma volta completa a cada nove horas,” explicou Andrew King, da Universidade de Leicester, no Reino Unido, que realizou este estudo. Ao aproximar-se do buraco negro da galáxia GSN 069, a gigante vermelha ficou presa pela gravidade do objeto supermassivo.

À medida que anã branca vai realizando as suas quase três órbitas diárias em torno do buraco negro, este rouba-lhe matéria durante a maior aproximação (a cerca de 15 vezes o raio do horizonte de eventos – ponto sem retorno). Os detritos estelares incorporam um disco à volta do buraco negro e libertam uma explosão de raios-X, que o Chandra e o XMM-Newton conseguem detetar. King prevê ainda que o par (buraco negro e anã branca) irá emitir ondas gravitacionais, especialmente no ponto mais próximo.

Qual será o futuro da estrela e da sua órbita? O efeito combinado das ondas gravitacionais e de um aumento no tamanho da estrela à medida que perde massa deverá fazer com que a órbita se torne mais circular e cresça em tamanho. Desta forma, a taxa de perda de massa irá diminuir continuamente e a anã branca irá afastar-se lentamente do buraco negro.

“Irá fazer tudo para fugir, mas não há escapatória. O buraco negro vai engoli-la, cada vez mais devagar, mas não irá parar,” disse King. “Em princípio, esta perda de massa irá continuar até (e mesmo depois de) a anã branca se tornar um planeta, com uma massa semelhante à de Júpiter, daqui a cerca de um bilião de anos. Uma maneira extremamente lenta e complicada do Universo criar um planeta!”

Os astrónomos conhecem muitas estrelas que foram completamente destruídas em encontros com buracos negros (os chamados eventos de perturbação por forças de maré), mas há muito poucos casos de eventos falhados, em que a estrela terá provavelmente sobrevivido.

Segundo estatísticas dos padrões de movimentos cósmicos, os encontros deste tipo devem ser mais comuns do que as colisões diretas, contudo, por várias razões, podem não ser detetados. Uma delas é que uma estrela mais massiva sobrevivente pode levar demasiado tempo a concluir uma órbita em torno de um buraco negro para que os astrónomos possam observar explosões repetidas. Outra tem a ver com os buracos negros supermassivos muito maiores que GSN 069, que podem engolir diretamente a estrela, evitando que esta caia em órbitas onde iria perder massa de forma periódica. Nestes casos, os astrónomos não observariam nada.

“Este evento só é visível pelos telescópios durante um curto período de tempo, em termos astronómicos – cerca de 2000 anos,” disse King. “Assim, a menos que tenhamos tido uma sorte extraordinária ao detetar este evento, deve haver muitos mais que estamos a perder. Tais encontros podem ser uma das principais formas de crescimento de buracos negros de tamanho semelhante ao de GSN 069.”

King calcula que a anã branca tenha apenas dois décimos da massa do Sol. Se a anã branca foi o núcleo da gigante vermelha que perdeu totalmente o seu hidrogénio, deverá ser rica em hélio. O hélio terá sido criado pela fusão de átomos de hidrogénio durante a evolução da gigante vermelha.

“É incrível pensar que a órbita, a massa e a composição de uma pequena estrela a 250 milhões de anos-luz de distância podem ser inferidas,” disse King.

King fez uma previsão com base no seu cenário. Como a anã branca está muito próxima do buraco negro, os efeitos da Teoria da Relatividade Geral implicam que a direção do eixo da órbita deve oscilar, ou sofrer precessão. Esta oscilação deverá repetir-se a cada dois dias e poderá ser detetável com observações suficientemente longas.

O artigo que descreve estes resultados surge na edição de março de 2020 da revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.