(Traduzido de: Birth of a Black Hole)

Texto original de Marcus Woo

Um novo tipo de clarão cósmico pode revelar algo nunca antes visto: o nascimento de um buraco negro.

Quando uma estrela massiva exaure seu combustível, ela colapsa sob sua própria gravidade e gera um buraco negro, um objeto tão denso que nem a luz pode escapar de suas garras gravitacionais. De acordo com uma nova análise feita por um astrofísico do Instituto de Tecnologia da Califórnia (California Institute of Technology = Caltech), logo antes do buraco negro se formar, a estrela agonizante pode gerar um clarão de luz característico que permitirá aos astrônomos testemunhar o nascimento de um novo buraco negro pela primeira vez.

Tony Piro, um doutor da Caltech, descreve essa assinatura luminosa em um artigo, publicado na edição de 1º de maio de Astrophysical Journal Letters. Embora algumas estrelas agonizantes que se tornam buracos negros, explodam como jorros de raios gama – um dos fenômenos de maior energia no universo – esses casos são raros e requerem circunstâncias muito particulares, Como explica Piro: “Não cremos que a maioria dos buracos negros vulgares sejam criados desta maneira”. Na maioria dos casos, segundo uma das hipóteses, uma estrela que morre produz um buraco negro, sem criar uma explosão ou um clarão: a estrela pareceria apenas desaparecer dos céus — um evento batizado de “unnova” (“não-nova”). “Não se vê um clarão”, ele explica. “Você vê um desparecimento”.

No entanto – propõe Piro hipoteticamente – pode não ser este o caso. “Talvez elas não sejam tão maçantes como pensamos”.

De acordo com uma teoria bem estabelecida, quando uma estrela massiva morre, seu núcleo colapsa sob seu próprio peso. Na medida em que o colapso prossegue, os prótons e elétrons que compõem o núcleo se fundem em produzem nêutrons. Por alguns segundos — antes do colapso final em um buraco negro —o núcleo se torna um objeto extremamente denso chamado estrela de nêutrons, algo com a densidade que o Sol teria se fosse espremido em uma esfera com um raio de cerca de 10 km. Esse colapso também cria neutrinos que são partículas que transpassam quase toda a matéria quase na velocidade da luz. Esses neutrinos emitidos pelo núcleo, levam embora um monte de energia — algo em torno de um décimo da massa da estrela-mãe (lembrando que massa e energia são equivalentes: E = mc²).

De acordo com um artigo pouco conhecido, escrito em 1980 por Dmitry Nadezhin do Instituto Alikhanov de Física Teórica e Experimental, na Rússia, esta rápida perda de massa significa que a força gravitacional do núcleo da estrela moribunda cai abruptamente. E, quando isto acontece, as camadas gasosas exteriores –– principalmente hidrogênio — que ainda circundam o núcleo, são lançadas para fora, gerando uma onda de choque que trespassa essas camadas externas a cerca de 1.000 km/s.

Empregando simulações em computador, dois astrônomos da UC em Santa Cruz, Elizabeth Lovegrove e Stan Woosley, descobriram recentemente que, quando a onda de choque golpeia a superfície externa das camadas gasosas, ela aquece o gás na superfície, produzindo um lampejo que vai brilhar por cerca de um ano — um sinal potencialmente promissor do nascimento de um buraco negro. Embora cerca de um milhão de vezes mais brilhante do que o sol, esse brilho seria relativamente tênue em comparação com outras estrelas. “Seria difícil de ver, mesmo em galáxias que estejam relativamente perto de nós”, diz Piro.

Porém agora Piro diz que descobriu um sinal mais promissor. Em seu novo estudo, ele examina mais detalhadamente o que poderia acontecer quando a onda de choque atingisse a superfície da estrela e ele calcula que o impacto causaria um clarão de 10 a 100 vezes mais luminoso do que o previsto por Lovegrove e Woosley. “Esse clarão vai ser muito luminoso e nos dá a melhor chance de realmente observar a ocorrência desse fenômeno”, explica Piro. “E é isso que queremos procurar”.

Um clarão desses seria ainda tênue comparado com a explosão de uma supernova, por exemplo, mas seria luminoso o bastante para ser detectável em galáxias próximas, diz ele. O clarão, que brilharia por 3 a 10 dias antes de abrandar, seria muito claro nos comprimentos de onda da luz visível — e seria ainda mais luminoso nos comprimentos de onda do ultravioleta.

Piro estima que os astrônomos deveriam ser capazes de ver um evento desses a cada ano, em média. Pesquisas que vigiam os céus em busca de clarões de luz tais como os das supernovas — pesquisas assim como a Palomar Transient Factory (PTF), liderada pelo Caltech — são adequados para a descoberta desses eventos sem par, argumenta ele. A intermediate Palomar Transient Factory (iPTF), um aperfeiçoamento da PTF e que começou sua busca em fevereiro, pode ser capaz de achar um par desses eventos por ano.

Nenhuma pesquisa observou um clarão de buraco negro até agora, prossegue Piro, porém isso não exclui sua existência. “Eventualmente poderemos começar a nos preocupar, se não encontrarmos essas coisas”.  Mas, por enquanto, diz ele, suas expectativas são perfeitamente lógicas.

Com a análise de Piro nas mãos, os astrônomos devem ser capazes de projetar e ajustar outras pesquisas adicionais, de forma a maximizar suas chances de observar o nascimento de um buraco negro no futuro próximo. Em 2015, a próxima geração da PTF, chamada de Zwicky Transient Facility (ZTF), deve começar a funcionar; ela será ainda mais sensível, o que aumentará várias vezes as chances de descobrir esses clarões. “O Caltech, dessa forma, tem uma posição privilegiada para procurar por eventos transientes como estes”, diz Piro.

Dentro da próxima década, o Large Synoptic Survey Telescope (LSST) vai começar uma extensa busca por todo o céu noturno. “Se o LSST não encontrar regularmente esse tipo de evento, então isso quer dizer que há alguma coisa errada com o quadro, ou que a formação de buracos negros é muito mais rara do que se pensava”, diz ele.

O artigo na Astrophysical Journal Letters é intitulado “Taking the ‘un’ out of unnovae.” Esta pesquisa foi financiada pela National Science Foundation, NASA, e pela Sherman Fairchild Foundation.

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Via EurekAlert.