Como a morte de uma estrela pode brilhar mais do que uma galáxia inteira?

Os buracos negros supermassivos são objetos com massas de milhões a bilhões de vezes a do Sol, localizados no núcleo das galáxias. O ambiente em um núcleo galáctico é dinâmico, com intensa interação gravitacional entre objetos, gás e poeira. Apesar da ideia comum, buracos negros não sugam a matéria como ralos. A acreção depende de material perder momento angular e espiralar em direção ao horizonte de eventos. Assim, a atividade desses objetos está diretamente ligada à dinâmica do núcleo galáctico.

Nessas regiões, interações gravitacionais podem perturbar órbitas estelares, levando algumas estrelas a trajetórias excêntricas. Quando perturbada gravitacionalmente, uma estrela pode acabar se aproximando do buraco negro supermassivo. Quando isso ocorre, forças de maré levam à sua deformação ou até uma fragmentação. Esse tipo de interação é conhecido como evento de disrupção de maré, no qual parte da estrela pode ser capturada.

Simulações recentes investigaram cenários em que um buraco negro interage com uma estrela que se aproxima além do limite de maré. Os resultados mostram que a destruição parcial da estrela pode gerar um evento extremamente energético e brilhante. Em certos casos, o brilho pode superar a luminosidade integrada de toda a galáxia hospedeira por um período de tempo.

Buracos negros supermassivos

Os buracos negros supermassivos são objetos compactos com massas entre milhões e bilhões de massas solares, localizados nos núcleos das galáxias massivas. Observações dinâmicas estelares e de gás confirmam sua presença em sistemas próximos e distantes, além das observações da colaboração EHT. Esses objetos estão ligados à evolução galáctica, exibindo correlações com propriedades do bojo, como a dispersão de velocidades.

Os regimes de acreção em buracos negros supermassivos variam principalmente com a taxa de acreção. Em altas taxas, formam-se discos finos, capazes de sustentar luminosidades altas. Em baixos regimes, predominam fluxos de acreção ineficientes com uma luminosidade relativamente baixa em comparação com outros regimes. Os cenários de alta acreção estão associados aos fenômenos mais luminosos do universo, como os quasares.

Como eles se alimentam?

É importante lembrar que os buracos negros não sugam como se fossem ralos que saem em busca de engolir matéria e objetos. A captura depende mais do material cair diretamente no campo gravitacional do buraco negro com velocidade baixa o suficiente para entrar em um processo de queda. Para que isso ocorra, o gás ou uma estrela precisa perder momento angular e energia orbital. Esse processo normalmente leva à formação de um disco de acreção, no qual instabilidades redistribuem o momento angular.

À medida que o material espirala para dentro, a energia gravitacional é convertida em calor e radiação. Sem esse mecanismo dissipativo, a matéria permaneceria em órbita estável e não seria capturada. A condução de material até o buraco negro envolve múltiplos canais físicos em ambientes astrofísicos reais. Por exemplo, estrelas podem ter suas órbitas perturbadas por encontros próximos com outros corpos e podem levá-las a uma aproximação com o campo gravitacional do buraco negro.

Brilhando mais que a galáxia inteira

Quando uma estrela acaba se aproximando do campo gravitacional, pode acontecer um evento chamado de evento de disrupção de maré (TDE). Durante o TDE, a estrela é alongada e destruída pelas forças de maré, formando um fluxo de detritos que passa a orbitar o buraco negro. O aquecimento e choques entre os detritos geram uma emissão intensa de radiação. Em alguns casos, essa luminosidade pode superar por um curto período de tempo a da galáxia hospedeira.

Simulações numéricas de alta resolução foram usadas para compreender a física dos TDEs e entender porquê eles podem ser tão diferentes entre si. Em novo estudo, modelos com bilhões de partículas mostram que, após a ruptura, o material não se dispersa de forma aleatória. Fatores como a massa e a rotação do buraco negro influenciam diretamente a evolução do evento. Efeitos relativísticos podem alterar a geometria do fluxo de detritos e modificar o tempo e a intensidade do flare, explicando como eles são tão diferentes.

Observações passadas

Ano passado, um TDE foi observado pelo telescópio Hubble que revelou um flare em uma galáxia localizada a cerca de 600 milhões de anos-luz. O evento aparece como uma fonte pontual azulada na observação no ultravioleta, contrastando com a emissão mais avermelhada da galáxia hospedeira. Essa assinatura indica a presença de um buraco negro supermassivo destruindo uma estrela, liberando grande quantidade de energia. A imagem foi obtida em 16 de janeiro de 2025.

Curiosamente, esse TDE mostrou um aspecto incomum nas galáxias porque ele aconteceu a cerca de 2.600 anos-luz de distância do núcleo galáctico. Esse resultado sugere a presença de um buraco negro supermassivo fora do centro. Enquanto isso, o núcleo abriga outro buraco negro supermassivo em estado ativo. Esse cenário mostrou evidências de interações gravitacionais passadas, como fusões de galáxias ou migração de buracos negros.

Referência da notícia

Kubli et al. 2026 Tidal Disruption Events with SPH-EXA: Resolving the Return of the Stream The Astrophysical Journal Letters