O telescópio romano da NASA detectará buracos negros distantes que destroem estrelas

Lee esta nota de imprensa em espanhol aqui.

Como os buracos negros no centro das galáxias se formam e crescem ao longo do tempo? Para responder a esta questão, os cientistas precisam de detectar e estudar buracos negros supermassivos a grandes distâncias, que existiram muito antes na história do Universo. Uma nova pesquisa sugere que o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA, que está prestes a ser lançado em 30 de agosto de 2026, será capaz de detectar esses buracos negros antigos e distantes que existiram até 11 bilhões de anos atrás.

Os buracos negros são melhor estudados observando-se a luz emitida pelo seu disco de acreção – a matéria que gira em torno deles antes de ser consumida. Buracos negros supermassivos mais leves são difíceis de observar porque tendem a ser menos luminosos devido a menos acréscimo. Mas ocasionalmente, eles destroem e consomem uma estrela inteira, brilhando para ofuscar toda a sua galáxia hospedeira – conhecido como evento de perturbação de marés (TDE). Ao caracterizar essa população de buracos negros supermassivos primitivos e como eles evoluem e crescem ao longo de milhares de milhões de anos, Roman fornecerá pistas sobre a origem destes gigantes.

“O Telescópio Espacial Romano será transformador para a ciência transitória”, disse o autor principal Mitchell Karmen, da Universidade Johns Hopkins, estudante de graduação e pesquisador graduado da National Science Foundation. “Graças à alta sensibilidade de Roman, podemos encontrar vários eventos de perturbação de marés a distâncias maiores e em tempos cósmicos mais antigos do que nunca.”

Um artigo sobre esta pesquisa publicado terça-feira em O Jornal Astrofísico.

Romano Pesquisa Time-Doman em altas latitudesum dos três principais pesquisas comunitáriasé particularmente adequado para encontrar e estudar TDEs no universo primitivo. Esta pesquisa cobrirá cerca de 18 graus quadrados no céu, uma área equivalente a 90 luas cheias, numa cadência regular. Ao revisitar repetidamente as mesmas regiões, os astrónomos podem encontrar um grande número de eventos transitórios como TDEs.

Os eventos de perturbação das marés são fenómenos exclusivos dos buracos negros supermassivos mais leves. Buracos negros mais pesados, pesando mais de 1 bilhão de sóis, engolirão inteiras as estrelas que chegam. Mas buracos negros mais leves, com cerca de 100 mil a 100 milhões de sóis, podem destruir uma estrela antes de consumi-la, criando um farol que brilha ao longo de algumas semanas antes de desaparecer gradualmente.

A taxa de TDEs flutua ao longo do tempo cósmico. Trabalhos anteriores previram que a taxa de TDEs diminuiria com o aumento da distância porque a maioria dos buracos negros jovens eram demasiado leves para gerar uma TDE. No entanto, esta nova investigação tem em conta numerosos factores que evoluem ao longo do tempo, como a frequência das fusões de galáxias (e, portanto, de buracos negros), bem como o número de estrelas dentro do núcleo de cada galáxia e o quão compactadas elas estão.

Karmen e seus colegas modelaram esses e outros efeitos para prever quantos eventos de perturbação de marés Roman poderia observar, bem como outros observatórios, como o National Science Foundation-Department of Energy, baseado em terra. Observatório Vera C. Rubin e da NASA Telescópio Espacial James Webb. A equipe prevê que os astrônomos verão a taxa de TDEs aumentar à medida que Roman sonda distâncias maiores e tempos anteriores até “meio-dia cósmico”, cerca de 11 a 12 bilhões de anos atrás, quando a formação de estrelas atingiu o pico em todo o universo, antes de diminuir novamente.

Roman observará comprimentos de onda de luz no infravermelho próximo. A luz de TDEs distantes torna-se esticada para comprimentos de onda mais longos pela expansão do universo, um fenômeno conhecido como desvio para o vermelho cosmológico. Como resultado, Roman é inerentemente otimizado para detectar TDEs cuja luz viajou entre 8 mil milhões e 11 mil milhões de anos para chegar até nós.

O Observatório Rubin também examinará grandes áreas do céu e detectará muitos novos TDEs. No entanto, observará luz visível, o que o limita a TDEs mais próximos do que Roman.

A pesquisa da equipe de Karmen descobriu que Rubin detectará milhares a dezenas de milhares de TDEs por ano. Embora se espere que Roman encontre até 100 TDEs por ano, esses buracos negros estarão muito mais distantes, dentro do domínio da história cósmica que é mais importante para distinguir os cenários de origem dos buracos negros.

“Apenas contando o número de TDEs em função do desvio para o vermelho, podemos impor restrições significativas à população de buracos negros com um milhão de massas solares”, disse a coautora Suvi Gezari, professora associada de astronomia na Universidade de Maryland. “Roman será transformador, pois poderá sondar eventos de perturbação de marés a distâncias maiores, para que você possa observar como a taxa de TDEs evolui ao longo do tempo.”

Os astrónomos observaram buracos negros verdadeiramente gigantescos muito cedo na história do Universo – tão cedo que as teorias têm dificuldade em explicar como é que se puderam tornar tão grandes, tão rapidamente. Eles devem ter começado menores e crescido com o tempo, mas quão menores?

Uma teoria, conhecida como “sementes leves”, começa com buracos negros criados a partir da morte de estrelas massivas. Esses buracos negros podem pesar até algumas centenas de vezes o nosso Sol. Esses buracos negros então se fundiriam com o tempo, bem como consumiriam o gás circundante a uma taxa surpreendente. Neste cenário, seria de esperar que cada galáxia jovem tivesse um buraco negro massivo no seu centro.

Uma segunda teoria, conhecida como “sementes pesadas”, sugere que um buraco negro poderia nascer com uma massa muito maior, até um milhão de vezes a do Sol, através de um processo como o colapso direto de uma nuvem de gás. No entanto, este processo deveria ser menos comum, o que resultaria em buracos negros supermassivos sendo muito mais raros nas primeiras galáxias.

“Os eventos de perturbação das marés ajudam-nos a investigar a população de buracos negros supermassivos leves, o que pode ajudar-nos a discriminar entre estes modelos”, disse Karmen.

Em última análise, a contagem de eventos de perturbação das marés feita por Roman ajudará os investigadores a rastrear os efeitos globais que impactam a população do buraco negro ao longo do tempo.

Assim que Roman e Rubin iniciarem operações científicas regulares, a equipa espera comparar as suas previsões com as detecções reais que esses observatórios fazem.

“Assim como Webb transformou a nossa compreensão de galáxias distantes e com alto desvio para o vermelho, Roman está preparado para transformar a nossa compreensão dos transientes com alto desvio para o vermelho”, disse Gezari.

O Telescópio Espacial Nancy Grace Roman é gerenciado no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, com a participação do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia; Caltech/IPAC em Pasadena, Califórnia; o Instituto de Ciências do Telescópio Espacial em Baltimore; e uma equipe científica composta por cientistas de diversas instituições de pesquisa. Os principais parceiros industriais são BAE Systems, Inc. em Boulder, Colorado; L3Harris Technologies em Melbourne, Flórida; e Teledyne Scientific & Imaging em Thousand Oaks, Califórnia.

Por Christine Pulliam
Instituto de Ciências do Telescópio Espacial, Baltimore, Maryland.

Contato com a mídia:

Clara Andreoli
Centro de Voo Espacial Goddard da NASACinturão Verde, Maryland.
301-286-1940