Gaia flagra explosões espaciais gigantes e revela ENTs, os maiores estrondos desde o Big Bang

Explosões espaciais gigantes captadas pelo telescópio espacial Gaia

Um tipo inédito de explosão colossal no espaço - os maiores estrondos desde o Big Bang - foi registrado por acaso pelo telescópio espacial Gaia.

Observando os núcleos de galáxias distantes, esse observatório de mapeamento detectou aumentos súbitos e extremos de brilho: clarões gigantescos que permaneceram visíveis por muito mais tempo do que qualquer flare semelhante conhecido até então.

Pelos cálculos, cada uma dessas detonações liberou tanta energia quanto 100 Sóis emitiriam ao longo de toda a vida somada deles.

Ao examinar a luz, os cientistas identificaram algo ao mesmo tempo familiar e novo: estrelas sendo despedaçadas por buracos negros - porém numa escala que ainda não tinha sido observada.

As estrelas envolvidas eram grandes, com pelo menos três vezes a massa do Sol. Já os buracos negros eram monstros supermassivos escondidos no centro das galáxias hospedeiras.

O que são TDEs e por que os ENTs se destacam

Em geral, esse tipo de ocorrência é chamado de evento de interrupção de maré, ou TDE (do inglês tidal disruption event). Para os novos casos, astrofísicos passaram a usar o nome “transientes nucleares extremos” - ENTs, na sigla.

"Observamos estrelas sendo rasgadas em eventos de interrupção de maré há mais de uma década, mas esses ENTs são de outra categoria, alcançando brilhos quase 10 vezes maiores do que o que normalmente vemos", diz o astrofísico Jason Hinkle, do Instituto de Astronomia (IfA) da Universidade do Havaí.

"Além de serem muito mais brilhantes do que os eventos de interrupção de maré comuns, os ENTs permanecem luminosos por anos, ultrapassando de longe a energia liberada até mesmo pelas mais brilhantes explosões de supernovas conhecidas."

O termo relativamente suave “interrupção de maré” descreve o que as forças gravitacionais fazem com um objeto que se aproxima demais de um buraco negro. A partir de certa distância, a intensidade do campo gravitacional externo supera a gravidade que mantém o objeto coeso; ele se desfaz e produz um grito violento de luz, antes de ao menos parcialmente cair no grande desconhecido além do horizonte de eventos.

Para capturar esses “gritos”, existem telescópios que monitoram o céu com um amplo campo de visão, esperando por flares imprevisíveis que denunciam os últimos momentos de uma estrela azarada. Astrônomos já observaram um bom número de TDEs e têm uma noção de como eles tendem a evoluir.

O padrão costuma ser um brilho repentino numa galáxia distante. A curva de luz sobe até um pico rápido e, depois, se apaga gradualmente ao longo de semanas a meses. A partir dessa emissão, é possível inferir propriedades como as massas relativas dos objetos envolvidos.

Gaia16aaw, Gaia18cdj e a “Scary Barbie”

O Gaia foi um telescópio espacial concebido para mapear a Via Láctea em três dimensões. Para isso, passou muito tempo observando o céu, a fim de obter medições precisas de paralaxe das estrelas da nossa galáxia. Em algumas ocasiões, porém, ele acabou indo além do objetivo principal.

Ao vasculharem os dados do Gaia, Hinkle e seus colegas encontraram dois eventos estranhos: Gaia16aaw, um clarão registrado em 2016; e Gaia18cdj, capturado pelo telescópio em 2018.

Os dois se pareciam bastante com um fenômeno observado em 2020 pelo Zwicky Transient Facility. Como o evento era absurdamente potente e recebeu a designação ZTF20abrbeie, astrônomos passaram a chamá-lo de "Scary Barbie".

Depois de comparar os sinais, Hinkle e a equipe concluíram que Gaia16aaw e Gaia18cdj pertenciam à mesma categoria de "Scary Barbie" e começaram a investigar a causa. Eles descartaram a hipótese de supernovas: esses episódios eram, no mínimo, duas vezes mais energéticos do que quaisquer outros transientes conhecidos, além de que supernovas têm um limite superior de brilho.

Segundo a explicação do grupo, uma supernova normalmente libera uma quantidade de luz equivalente ao que o Sol emitiria ao longo de toda a sua existência de 10 bilhões de anos. Já a emissão de um ENT se aproxima do total produzido, ao longo da vida, por 100 Sóis somados.

Em vez disso, as características dos ENTs se encaixavam em TDEs - só que amplificados em escala gigantesca. Isso vale tanto para a energia total dissipada quanto para o formato da curva de luz durante o aumento e o declínio do brilho.

O que os ENTs revelam sobre buracos negros supermassivos

Os ENTs parecem ser extremamente raros: a equipe estimou que eles ocorram cerca de 10 milhões de vezes menos do que supernovas. Ainda assim, representam uma peça intrigante do quebra-cabeça dos buracos negros.

Buracos negros supermassivos têm de milhões a bilhões de vezes a massa do Sol, e ainda não está claro como eles crescem. Os ENTs indicam um mecanismo pelo qual esses objetos gigantes podem acumular massa.

"Os ENTs oferecem uma nova e valiosa ferramenta para estudar buracos negros massivos em galáxias distantes. Como são tão brilhantes, conseguimos enxergá-los a distâncias cósmicas enormes - e, em astronomia, olhar para longe é olhar para trás no tempo", diz o astrofísico Benjamin Shappee, do IfA.

"Ao observar esses flares prolongados, obtemos pistas sobre o crescimento de buracos negros durante uma era-chave conhecida como meio-dia cósmico, quando o universo tinha metade da idade atual [e] quando as galáxias eram lugares agitados - formando estrelas e alimentando seus buracos negros supermassivos 10 vezes mais intensamente do que hoje."

A pesquisa foi publicada na revista Science Advances.