Aparentemente sem aviso e sem o espetáculo típico de uma supernova, uma das estrelas mais brilhantes da galáxia de Andrómeda colapsou de forma silenciosa e deu origem a um buraco negro.
O mais notável nesta descoberta é que os primeiros indícios da transformação ficaram registados já em 2014 - informação essencial para perceber as diferentes vias pelas quais os buracos negros podem formar-se após a morte de uma estrela gigante.
“Esta foi, muito provavelmente, a descoberta mais surpreendente da minha vida”, afirma o astrónomo Kishalay De, da Universidade de Columbia, nos Estados Unidos, que liderou o estudo. “A prova do desaparecimento da estrela estava escondida em dados públicos de arquivo, e ninguém reparou durante anos até nós a encontrarmos.”
O que se espera quando uma estrela massiva morre (e porque aqui não aconteceu)
Quando uma estrela massiva, com muitas vezes a massa do Sol, chega ao fim, não se prevê que desapareça em silêncio. Assim que a fusão nuclear no núcleo deixa de gerar pressão suficiente para contrariar a gravidade, o núcleo colapsa.
Esse colapso pode lançar uma onda de choque gigantesca para fora, desencadeando uma supernova que expulsa as camadas externas da estrela, enquanto o núcleo remanescente se transforma num estrela de neutrões ou num buraco negro.
No entanto, existe outra possibilidade: em alguns cenários, a onda de choque perde força e “estanca”. Em vez de destruir a estrela, a explosão falha e o material acaba por cair de volta sobre o buraco negro recém-formado. Por ser um processo muito menos vistoso do que uma supernova, a evidência clara de uma supernova falhada é, por isso, rara.
“Ao contrário de encontrar supernovas - algo relativamente simples, porque durante algumas semanas elas podem brilhar mais do que a própria galáxia - detetar estrelas individuais que desaparecem sem produzir explosão é extraordinariamente difícil”, explica De.
De dados de arquivo a pistas decisivas: uma supernova falhada na galáxia de Andrómeda
Até aqui, apenas um caso deste tipo tinha sido documentado: o desaparecimento de uma estrela por volta de 2010 numa galáxia a cerca de 22 milhões de anos-luz (aprox. 6,7 megaparsecs). Agora, ao reanalisar observações de arquivo da galáxia de Andrómeda, De e a sua equipa identificaram um segundo evento - e com sinais ainda mais nítidos do que no exemplo anterior.
A estrela em causa, M31-2014-DS1, era uma supergigante que terá começado com cerca de 13 massas solares. Era tão luminosa que se distinguia mesmo à distância de aproximadamente 2,5 milhões de anos-luz entre a Via Láctea e Andrómeda (cerca de 770 kiloparsecs).
M31-2014-DS1 e o colapso para buraco negro: a cronologia do desaparecimento
Em 2014, o telescópio NEOWISE da NASA registou um aumento súbito do brilho da estrela no infravermelho, com uma intensificação de cerca de 50% ao longo de aproximadamente dois anos.
Depois, entre 2016 e 2022, a estrela escureceu de forma acentuada, até que, em 2023, deixou de ser visível em comprimentos de onda ópticos.
A atenuação não se limitou à luz visível: o brilho total ao longo de todo o espectro diminuiu pelo menos por um factor de 10. Actualmente, a fonte só é detetável no infravermelho médio, emitindo aproximadamente um décimo do seu brilho infravermelho anterior.
“Esta estrela costumava ser uma das mais luminosas da galáxia de Andrómeda e, de repente, já não aparecia em lado nenhum”, diz De. “Imagine se a Betelgeuse desaparecesse subitamente. Seria uma loucura! Foi algo desse género que aconteceu com esta estrela em Andrómeda.”
Porque a explicação mais consistente é uma supernova falhada (e não apenas poeira)
A análise detalhada da equipa indica uma sequência coerente com uma supernova falhada. Em primeiro lugar, o aumento do infravermelho é compatível com a ejeção de material que forma poeira e se organiza numa espécie de casulo em torno da estrela moribunda, em vez de ser projetado violentamente para o espaço por uma explosão.
Em seguida, o escurecimento profundo em todos os comprimentos de onda sugere que a queda de luminosidade não se deveu simplesmente à poeira a bloquear a luz - como aconteceu com a Betelgeuse em 2019. Se a causa fosse apenas obscurecimento por poeira, o brilho no infravermelho não deveria cair de forma tão marcada, uma vez que a radiação infravermelha atravessa melhor as nuvens de poeira.
O enfraquecimento em todo o espectro aponta, portanto, para uma redução real da energia emitida, consistente com a interrupção da fusão nuclear.
“O esbatimento dramático e sustentado desta estrela é muito invulgar e sugere que uma supernova não chegou a ocorrer, levando o núcleo a colapsar directamente num buraco negro”, afirma De.
A equipa sublinha ainda que, durante muito tempo, se assumiu que estrelas com esta massa explodiriam sempre como supernovas. O facto de isso não ter acontecido indica que estrelas de massa semelhante podem tanto explodir como falhar, possivelmente devido à forma caótica como gravidade, pressão do gás e ondas de choque intensas interagem no interior de uma estrela em colapso.
O que ficou no fim: um buraco negro e um horizonte de eventos de ~30 km
Com base nos cálculos apresentados, o objecto resultante deverá ser um buraco negro com cerca de cinco massas solares, com um horizonte de eventos de aproximadamente 30 km de diâmetro.
Porque isto pode ser mais comum do que pensávamos
Por ocorrerem quase sem “som e fúria”, estes eventos são difíceis de apanhar. Ainda assim, o facto de já terem sido identificados dois casos num intervalo de poucos anos aponta para duas conclusões relevantes: por um lado, a nossa capacidade de detetar fenómenos subtis no Universo está a melhorar; por outro, as supernovas falhadas poderão ser uma via de formação de buracos negros mais frequente do que se estimava.
“É chocante perceber que uma estrela massiva praticamente desapareceu (e morreu) sem explosão e que ninguém deu por isso durante mais de cinco anos”, diz De. “Isto afecta seriamente a nossa compreensão do inventário de mortes de estrelas massivas no Universo. Sugere que estas coisas podem estar a acontecer em silêncio e a passar facilmente despercebidas.”
O papel dos levantamentos do céu e a importância do infravermelho
Este caso também mostra como a astronomia moderna depende cada vez mais de grandes levantamentos do céu e, sobretudo, de reanálises de dados de arquivo. Mesmo quando um fenómeno não é imediatamente reconhecido, a informação pode ficar registada durante anos à espera de uma nova pergunta científica - ou de uma nova forma de cruzar observações.
Além disso, confirma o valor das observações no infravermelho para estudar as fases finais das estrelas massivas: a poeira pode esconder o que acontece no visível, mas no infravermelho é possível seguir a evolução do brilho e distinguir entre um simples obscurecimento e um colapso real do motor energético da estrela.
A investigação foi publicada na revista Science.
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