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

Um buraco negro supermassivo com cerca de um milhão de vezes a massa do Sol acabou entregando o próprio paradeiro de um jeito impressionante.

Ao passar perto demais, uma estrela foi estraçalhada pelo campo gravitacional do buraco negro, e esse processo liberou uma erupção colossal de luz.

Essa explosão luminosa - um evento de perturbação por marés registado por telescópios na Terra - recebeu o nome de AT2024tvd. A deteção, porém, expôs algo bastante invulgar sobre a galáxia situada a 600 milhões de anos-luz, onde o fenómeno ocorreu.

O que é um evento de perturbação por marés (TDE)

Encontrar buracos negros quando eles estão “quietos” no espaço é extremamente difícil, sobretudo noutras galáxias. Eles não emitem radiação que hoje consigamos medir - e a luz, em geral, é a principal ferramenta para investigar o Universo. Até dá para identificar pares de buracos negros por meio de ondas gravitacionais quando eles colidem, mas um buraco negro solitário, sem interagir com nada, é praticamente impossível de ver.

Há uma exceção importante. Se um objeto se aproxima o suficiente, as forças de maré intensíssimas dentro do campo gravitacional do buraco negro podem rasgá-lo em pedaços e conduzir os detritos numa espiral rumo ao interior, para além do horizonte de eventos. Esse mecanismo - chamado de perturbação por marés - gera um clarão intenso ao longo do espectro eletromagnético, que conseguimos observar a distâncias de milhões a bilhões de anos-luz e depois analisar para inferir propriedades do buraco negro responsável.

AT2024tvd: um TDE fora do centro galáctico

O AT2024tvd foi exatamente esse tipo de clarão. O sinal apareceu pela primeira vez em 25 de agosto de 2024, identificado pelo Zwicky Transient Facility, um rastreio de grande campo concebido para captar fenómenos transitórios como supernovas e TDEs. Em seguida, astrónomos fizeram observações de acompanhamento rapidamente, recorrendo a telescópios de rádio, ópticos e de raios X, para recolher o máximo possível da emissão do evento.

Yuhan Yao, da Universidade da Califórnia, em Berkeley, e os colegas conseguiram localizar o fenómeno num ponto do céu a 600 anos-luz, onde, por coincidência conveniente, também existe uma galáxia grande. A análise indicou que a causa do TDE foi um buraco negro supermassivo com massa entre 100,000 e 10 milhões de Sóis. Só que o ponto da galáxia de onde a luz surgiu não era o centro galáctico.

É aí que a história fica realmente intrigante. Em geral, buracos negros supermassivos ficam instalados no núcleo das galáxias - o centro gravitacional em torno do qual todo o resto orbita. No caso da galáxia hospedeira do AT2024tvd, já existe um buraco negro supermassivo no centro, com cerca de 100 milhões de massas solares.

Segundo a equipa, o buraco negro que desencadeou o clarão não está “preso” ao núcleo. Ele estaria a vagar pela galáxia e nem sequer faz parte de uma órbita binária com o buraco negro supermassivo que está no coração da galáxia hospedeira.

"AT2024tvd é o primeiro evento de perturbação por marés (TDE) deslocado capturado por levantamentos ópticos do céu, e ele abre toda a possibilidade de revelar esta população elusiva de buracos negros errantes com futuros levantamentos do céu", diz 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."

Um buraco negro errante e as pistas sobre o passado da galáxia

Existem núcleos galácticos que abrigam dois ou mais buracos negros supermassivos, presos numa “dança” gravitacional que, um dia, tende a terminar numa fusão, formando um buraco negro ainda maior.

No entanto, no caso desta galáxia, os dois buracos negros supermassivos não parecem estar ligados gravitacionalmente como um sistema binário. Eles estão separados por uma distância de cerca de 2,600 anos-luz, e o menor estaria simplesmente a circular pelo bojo galáctico.

Galáxias podem adquirir buracos negros supermassivos adicionais quando colidem com outras galáxias. Com o tempo, os buracos negros centrais desses sistemas acabam por se encontrar - e é quando os observamos como um par em interação.

Assim, a presença 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 perfeitamente possível que o núcleo já tenha um binário; se for esse o cenário, então um terceiro buraco negro pode ter feito parte do conjunto e ter sido expulso por uma interação de três corpos.

Mas também pode ser que o tenhamos apanhado numa trajetória de entrada, rumo ao centro, onde passará a interagir como binário com o buraco negro que já está lá. As duas hipóteses continuam em aberto.

Como TDEs podem revelar mais buracos negros supermassivos deslocados

Uma maneira de compreender melhor este tipo de configuração é identificar outras galáxias com buracos negros supermassivos “fora do lugar” e errantes. Segundo a equipa, este estudo aponta um caminho promissor para isso.

"Eventos de perturbação por marés são muito promissores para iluminar a presença de buracos negros massivos que, de outra forma, não conseguiríamos detetar", afirma o astrónomo Ryan Chornock, da UC 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 investigação foi aceite em The Astrophysical Journal Letters e está disponível no arXiv.