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Por que as explosões dos buracos negros desaparecem? Pode ser devido a como as estrelas giram
Algumas estrelas encontram buracos negros supermassivos e vivem para contar a história. Uma nova pesquisa mostra por que as explosões que esses encontros causam diminuem ao longo de episódios repetidos, e pode ser devido à maneira como essas estrelas giram e a um parceiro binário em fuga que as torna um lanche estelar para um buraco negro.
Algumas estrelas têm a infelicidade de encontrar o buracos negros supermassivos que ficam no coração de cada galáxia, sendo submetidos a imensas forças de maré que os transformam em um fio de espaguete estelar, um processo chamado “espaguetificação.” Essa massa de plasma envolve o buraco negro e é gradualmente alimentada nele, com algumas antigas estrelas sendo ejetadas como jatos próximos à velocidade da luz. Essas ocorrências são chamadas eventos de perturbação das marés (TDE).
No entanto, outras estrelas conseguem um alívio, passando perto o suficiente de um buraco negro supermassivo para que o titã cósmico dê uma mordida e retire material, mas não perto o suficiente para ser totalmente destruído. À medida que a estrela orbita o buraco negro supermassivo, ela sofre “mordidas” repetidas, sendo esse lanche estelar denominado evento repetido de ruptura parcial de maré (rpTDE).
Cada incidente causa um clarão de luz na vizinhança do buraco negrocomo seria de esperar do brilho observado durante uma TDE padrão. Mas um padrão estranho surgiu no rpTDES; cada flare sucessivo pode ficar mais escuro. Os cientistas têm lutado para explicar esse escurecimento há algum tempo, mas finalmente uma equipe de pesquisadores da Universidade de Syracuse pode ter resolvido esse quebra-cabeça.
Para chegar a uma resposta ao escurecimento das chamas dos buracos negros, a equipa considerou um factor que não tinha sido pensado antes: a rotação da própria estrela. Este elemento explicou o escurecimento da explosão dos buracos negros e também ajudou a explicar por que nem todos os rpTDEs funcionam da mesma forma.
“Ficamos intrigados com isso durante dois anos”, disse Ananya Bandopadhyay, líder da equipe, da Universidade de Syracuse. disse em um comunicado.
Uma nova versão dos lanches estelares
Bandopadhyay e colegas determinaram anteriormente que a quantidade de material que uma estrela perde durante episódios repetidos de rpTDE depende parcialmente da sua estrutura interna, que por sua vez depende da sua massa.
Bandopadhyay compara uma estrela de baixa massa a um merengue fofo, o que a torna mais suscetível às forças de maré geradas pelo buraco negro, permitindo que mais material seja removido das profundezas da estrela.
Em contraste, uma estrela de grande massa tem uma estrutura mais parecida com uma cebola. Isso significa que quando um corpo estelar vibra com um buraco negro num rpTDE, as suas camadas exteriores são removidas, mas o seu núcleo resiste à influência do buraco negro. Assim, à medida que a camada externa é removida, há cada vez menos material a ser removido nos episódios subsequentes.
No entanto, isso por si só não pode explicar totalmente o escurecimento da sinalizadores de quatro dos dez rpTDEs atualmente descobertos, devido à influência que o buraco negro tem sobre a estrela à medida que ela passa.
O trabalho anterior da equipe identificou que durante os rpTDEs, os buracos negros supermassivos exercem um torque na estrela que passa, o que faz com que a estrela gire mais rápido durante cada passagem.
Isso significa que mesmo que menos material caia no buraco negro durante cada passagem, a estrela retorna em períodos de tempo cada vez mais curtos. Isso ajuda a manter a chama consistentemente brilhante. Assim, uma receita de escurecimento requer um novo ingrediente.
Bandopadhyay determinou que este elemento poderia ser uma estrela que já girava rapidamente antes do seu primeiro encontro com um buraco negro supermassivo.
Se uma estrela já está girando rapidamente quando encontra um buraco negro pela primeira vez, o torque experimentado não aumenta muito essa rotação. E sem esse aumento no spin, não há encurtamento dos períodos entre os episódios, o que significa que cada vez menos material é retirado. seria resultar em escurecimento.
Claro, isso deixa outra questão: por que uma estrela giraria tão rapidamente?
Estrelas desonestas podem ser a resposta
A chave para este mistério pode estar no fato de que a maioria das estrelas não orbitam os centros de suas galáxias, onde os buracos negros supermassivos vivem sozinhos, existindo em vez disso em binário parcerias.
“Também é extremamente difícil ‘ligar’ uma estrela a um buraco negro supermassivo com tanta força que ela orbite o buraco negro numa questão de meses, e ainda assim parece fazê-lo em rpTDEs,” disse Eric Coughlin, membro da equipa, da Universidade de Syracuse.
A perda de uma estrela parceira poderia fazer com que um corpo estelar ficasse fortemente ligado a um buraco negro supermassivo, completando uma órbita a cada poucos meses.
Durante um processo chamado captura de Hills, quando um binário estelar orbita um buraco negro supermassivo e a influência gravitacional do buraco negro destrói o binário, ejetando uma estrela enquanto captura a outra.
Se este binário estelar fosse particularmente compacto, com as estrelas orbitando umas às outras, este processo de ejeção e captura poderia deixar a estrela presa girando rapidamente numa órbita estreita.
“Este trabalho demonstra que cada uma destas peculiaridades pode ser explicada pelo mesmo fenómeno subjacente: a destruição das marés de um sistema binário e a captura de uma das estrelas,” disse Coughlin. “Do ponto de vista teórico, este é um grande passo em frente na nossa compreensão da física em jogo nestes sistemas.”
A descoberta também pode ter implicações mais próximas de casa. Embora o buraco negro supermassivo da Via Láctea, Sagitário A* (Sgr A*), não está atualmente envolvido em um rpTDE, é orbitado por muitas estrelas rápidas. Essas descobertas podem explicar como eles chegaram lá.
A pesquisa da equipe foi publicada em 18 de agosto no O Jornal Astrofísico.
