AT2024tvd revela buraco negro supermassivo errante a 600 milhões de anos-luz

Um clarão que entregou a posição do buraco negro

Um buraco negro supermassivo com cerca de um milhão de vezes a massa do Sol acabou de denunciar onde estava - e de um jeito nada discreto.

Quando uma estrela que passava chegou perto demais, ela foi despedaçada pelo campo gravitacional do buraco negro, libertando um clarão gigantesco.

Esse lampejo, um evento de interrupção por maré observado por telescópios na Terra, recebeu o nome de AT2024tvd. A deteção também revelou algo bem invulgar sobre a galáxia, a cerca de 600 milhões de anos-luz, onde o fenómeno aconteceu.

De acordo com uma equipa de astrónomos liderada por Yuhan Yao, da Universidade da Califórnia, em Berkeley, o buraco negro responsável é um errante: não está preso ao núcleo da galáxia. E nem sequer participa de uma órbita binária com o buraco negro supermassivo que fica no centro da galáxia hospedeira.

"AT2024tvd é o primeiro evento de interrupção por maré (TDE) deslocado captado por levantamentos ópticos do céu, e abre toda a possibilidade de revelar esta população esquiva de buracos negros errantes com futuros levantamentos do céu", afirma Yao.

"Neste momento, os teóricos não têm dado muita atenção a TDEs deslocados. Acho que esta descoberta vai motivar os cientistas a procurar mais exemplos deste tipo de evento."

Por que buracos negros “sozinhos” quase não aparecem

Buracos negros, quando apenas estão à espreita no espaço, são extremamente difíceis de identificar - sobretudo noutras galáxias. Eles não emitem radiação que consigamos detetar hoje, e a radiação é a principal ferramenta para investigar o cosmos. Pares de buracos negros podem ser percebidos por ondas gravitacionais quando colidem, mas um buraco negro isolado, sem interações, é essencialmente invisível.

O que é um evento de interrupção por maré (TDE)

Há, contudo, uma exceção importante. Se algo se aproxima o suficiente, as intensas forças de maré dentro do campo gravitacional do buraco negro rasgam esse objeto e fazem os detritos espiralarem para dentro, para além do horizonte de eventos.

Esse processo - a interrupção por maré - gera um clarão intenso ao longo do espectro eletromagnético. É um tipo de sinal que podemos detetar a distâncias que vão de milhões a milhares de milhões de anos-luz e depois analisar para inferir características do buraco negro que o provocou.

Foi exatamente isso que aconteceu com o AT2024tvd.

AT2024tvd: deteção, acompanhamento e localização

O clarão foi identificado pela primeira vez em 25 de agosto de 2024 pela Instalação Zwicky de Fenómenos Transitórios, um levantamento de grande campo concebido para apanhar eventos passageiros como supernovas e TDEs. A partir daí, astrónomos iniciaram rapidamente observações de seguimento, recorrendo a telescópios de rádio, ópticos e de raios X, para registar o máximo possível da luz do fenómeno.

Yao e os colegas conseguiram rastrear o evento até um ponto no céu associado a uma galáxia grande - e, por conveniência científica, a análise também permitiu determinar a posição do sinal com um desvio de cerca de 600 anos-luz dentro desse sistema. Embora os dados indiquem que o responsável foi um buraco negro supermassivo, com massa entre 100,000 e 10 milhões de Sóis, o local de origem do clarão não coincide com o centro galáctico.

Um buraco negro supermassivo fora do núcleo da galáxia

Isso chama a atenção porque buracos negros supermassivos, em geral, ficam sentados no coração das galáxias - o centro gravitacional em torno do qual tudo orbita. No caso da galáxia hospedeira do AT2024tvd, já existe um buraco negro supermassivo no núcleo, com cerca de 100 milhões de massas solares.

Existem centros galácticos que abrigam dois ou mais buracos negros supermassivos, presos numa dança gravitacional que, um dia, termina numa fusão e num objeto ainda mais massivo.

Aqui, porém, os dois buracos negros supermassivos envolvidos não formam um sistema binário ligado gravitacionalmente. Eles estão separados por aproximadamente 2,600 anos-luz, e o menor parece apenas circular pelo bojo da galáxia.

Sabe-se que galáxias podem “ganhar” buracos negros supermassivos extra quando colidem com outras galáxias; com o tempo, os dois buracos negros centrais tendem a encontrar-se, e é aí que passamos a observá-los como um sistema.

Assim, a existência de um segundo buraco negro supermassivo nesta galáxia sugere que, em algum momento do passado, ela se fundiu com outra.

O que ainda não está claro é se esse buraco negro está a caminho do centro ou a afastar-se dele. É totalmente possível que o núcleo já abrigue um par em interação. Se for esse o cenário, então o “terceiro” buraco negro pode ter feito parte do conjunto e ter sido expulso por uma interação de três corpos.

Por outro lado, também é plausível que o estejamos a observar durante uma trajetória de aproximação ao núcleo, prestes a entrar numa interação binária com o buraco negro que já está lá. As duas hipóteses permanecem em aberto.

Uma forma de encontrar outros errantes semelhantes

Uma maneira de esclarecer como esse tipo de configuração se forma é localizar mais galáxias que tenham buracos negros supermassivos errantes, igualmente deslocados do centro. Segundo a equipa, este trabalho aponta um caminho promissor para isso.

"Eventos de interrupção por maré têm grande potencial para evidenciar a presença de buracos negros massivos que, de outra forma, não conseguiríamos detetar", diz o astrónomo Ryan Chornock, também da Universidade da Califórnia, em Berkeley. "Os teóricos previram que deve existir uma população de buracos negros massivos localizada longe dos centros das galáxias, mas agora podemos usar TDEs para encontrá-los."

A pesquisa foi aceite para publicação nas Cartas do Jornal Astrofísico e está disponível no arXiv.