Gaia capta ENTs: as maiores explosões desde a Grande Explosão

Uma nova classe de explosões cósmicas gigantes - as maiores detonações desde a Grande Explosão - foi captada por acaso pelo telescópio espacial Gaia.

A partir dos núcleos de galáxias longínquas, este instrumento de cartografia registou aumentos súbitos e extremos de brilho: labaredas colossais de luz que permaneceram visíveis durante muito mais tempo do que quaisquer fenómenos semelhantes observados até hoje.

Os cálculos indicam que estas explosões libertaram tanta energia quanto 100 Sóis ao longo de toda a duração conjunta das suas vidas.

Sinais inesperados nos dados do Gaia

O estudo do brilho observado revelou algo simultaneamente familiar e inédito: estrelas a serem despedaçadas por buracos negros - mas numa escala ainda não documentada.

Em todos os casos, a estrela era de grandes dimensões, com pelo menos três vezes a massa do Sol. E, em cada evento, o buraco negro responsável era um monstro supermassivo escondido no centro da galáxia hospedeira.

Este tipo de ocorrência é geralmente conhecido como evento de disrupção por marés, ou TDE. Contudo, os astrofísicos estão a classificar estes novos episódios como transientes nucleares extremos - ENTs, na sigla usada pelos investigadores.

"Observamos estrelas a serem dilaceradas em eventos de disrupção por marés há mais de uma década, mas estes ENTs são um tipo diferente de criatura, atingindo brilhos quase 10 vezes superiores ao que normalmente vemos", afirma o astrofísico Jason Hinkle, do Instituto de Astronomia (IfA) da Universidade do Hawaiʻi.

"Além de serem muito mais brilhantes do que os eventos de disrupção por marés comuns, os ENTs mantêm-se luminosos durante anos, ultrapassando largamente a energia libertada até pelas explosões de supernova mais brilhantes que conhecemos."

O que acontece numa disrupção por marés (TDE)

A expressão relativamente suave "disrupção por marés" descreve o que as forças gravitacionais fazem a um objecto que se aproxima demasiado de um buraco negro. A partir de certo ponto, a intensidade do campo gravitacional externo supera a gravidade que mantém o objecto coeso; o resultado é a sua ruptura, acompanhada por um grito violento de luz, antes de pelo menos parte da matéria cair no grande desconhecido para lá do horizonte de eventos.

Existem telescópios apontados ao céu com o objectivo de captarem estes “gritos”. Recorrem a um campo de visão amplo para abranger o máximo de firmamento possível, à espera desses clarões imprevisíveis que assinalam a agonia final de uma estrela azarada. Ao longo dos anos, os astrónomos já observaram um bom número de TDEs e conhecem, em termos gerais, o seu desenvolvimento típico.

Em regra, surge um brilho repentino numa galáxia distante. A curva de luz sobe rapidamente até um pico e depois decai de forma gradual ao longo de semanas a meses. Com essa informação, os astrónomos conseguem analisar a luz e inferir propriedades como as massas relativas dos objectos envolvidos.

O Gaia foi um telescópio espacial concebido para mapear a Via Láctea em três dimensões. Passou muito tempo a observar o céu para obter medições de paralaxe extremamente precisas das estrelas da nossa galáxia. Ainda assim, em algumas ocasiões, acabou por ir além do que a sua missão previa.

Ao analisar os dados do Gaia, Hinkle e os seus colegas identificaram dois acontecimentos invulgares: Gaia16aaw, um clarão registado em 2016; e Gaia18cdj, captado em 2018.

Gaia16aaw, Gaia18cdj e a “Barbie Assustadora”

Ambos os sinais apresentavam uma semelhança marcante com um evento registado pela Instalação de Transientes Zwicky em 2020. Por ter sido extraordinariamente poderoso - e por ter recebido a designação ZTF20abrbeie - os astrónomos deram-lhe a alcunha de "Barbie Assustadora".

A equipa de Hinkle concluiu que Gaia16aaw e Gaia18cdj pertencem à mesma categoria do fenómeno "Barbie Assustadora" e começou então a investigar a sua origem. As supernovas foram descartadas: estes episódios eram pelo menos duas vezes mais potentes do que quaisquer outros transientes conhecidos, e as supernovas têm um limite superior de brilho.

Segundo a explicação da equipa, uma supernova liberta, em geral, uma quantidade de luz equivalente à que o Sol emitirá ao longo de toda a sua vida, cerca de 10 mil milhões de anos. Já a produção energética de um ENT é comparável à energia total emitida por 100 Sóis ao longo das suas vidas, somada num único acontecimento.

Em alternativa, os investigadores verificaram que as propriedades destes ENTs são coerentes com TDEs - mas amplificados de forma massiva. Isso inclui tanto a energia libertada como o formato da curva de luz à medida que o evento aumenta de brilho e, posteriormente, enfraquece.

Porque é que os ENTs ajudam a compreender buracos negros supermassivos

Os ENTs são extremamente raros: a equipa estimou que ocorram cerca de 10 milhões de vezes menos do que as supernovas. Ainda assim, constituem uma peça fascinante no puzzle dos buracos negros. Os buracos negros supermassivos têm massas de milhões a milhares de milhões de vezes a do Sol, e não existe ainda uma explicação clara sobre como crescem. Os ENTs representam um mecanismo através do qual estes objectos gigantes podem acumular massa.

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

"Ao observarmos estes clarões prolongados, obtemos pistas sobre o crescimento de buracos negros durante uma época-chave conhecida como meio-dia cósmico, quando o Universo tinha metade da idade actual [e] quando as galáxias eram locais muito activos - formando estrelas e alimentando os seus buracos negros supermassivos 10 vezes mais vigorosamente do que acontece hoje."

A investigação foi publicada em Avanços da Ciência.