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Buraco negro gigantesco acorda ‘esfomeado’ após ‘soneca’ de décadas

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Um artigo publicado nesta sexta-feira (11) na revista Nature Astronomy relata a detecção de um fenômeno cósmico inusitado: um buraco negro supermassivo “acordou esfomeado” após décadas adormecido. 

Localizado no centro de uma galáxia comum chamada SDSS1335+0728, a cerca de 300 milhões de anos-luz da Terra, ele começou a emitir luz intensa e flashes de raios-X – comportamento típico de um buraco negro em atividade.

Em poucas palavras:

  • Astrônomos observaram que um buraco negro chamado Ansky voltou a emitir sinais após décadas inativo;
  • Esse titã cósmico está no centro de uma galáxia comum, que fica a cerca de 300 milhões de anos-luz da Terra;
  • O buraco negro começou a brilhar e liberar rajadas de raios-X – sinal de que voltou a “se alimentar” de matéria;
  • Em 2024, cientistas detectaram explosões periódicas vindas dele, conhecidas como QPEs;
  • Essas explosões são raras, intensas e ainda pouco compreendidas pela ciência;
  • Uma possível causa seria um objeto pequeno cruzando repetidamente o disco de matéria ao redor do buraco negro;
  • Observar Ansky em tempo real pode ajudar a entender esses fenômenos e até sua relação com ondas gravitacionais.
Concepção artística de um buraco negro de massa estelar. Crédito: Agência Espacial Europeia, NASA e Felix Mirabel (Comissão Francesa de Energia Atômica e Instituto de Astronomia e Física Espacial/Conicet da Argentina)

Buracos negros permanecem longos períodos em “hibernação”

Embora se saiba que a maioria das galáxias abriga buracos negros gigantescos em seus centros, eles nem sempre estão “devorando” matéria. Muitas vezes, passam longos períodos inativos, como se estivessem em “hibernação”. Só se tornam visíveis quando voltam a atrair gás e poeira em sua direção, liberando energia em forma de radiação.

Esse é o caso do buraco negro apelidado de Ansky, localizado na constelação de Virgem. Por décadas, ele permaneceu praticamente invisível. No entanto, no fim de 2019, a galáxia onde ele se encontra começou a brilhar inesperadamente, chamando a atenção de astrônomos ao redor do mundo.

Cientistas passaram a observar a galáxia com diferentes telescópios espaciais, como o Swift, da NASA, e o russo-alemão eROSITA, que detecta raios-X. Na época, não encontraram evidências claras de que o buraco negro estivesse ativo. Só anos depois, em fevereiro de 2024, o cenário mudou radicalmente.

Foi quando uma equipe liderada por Lorena Hernández-García, da Universidade de Valparaíso, no Chile, detectou explosões de raios-X vindas de Ansky. As erupções eram periódicas, ocorrendo em intervalos quase regulares. Esse padrão foi identificado como um fenômeno raro chamado erupção quasiperiódica (QPE, na sigla em inglês).

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Pesquisadores estavam diante de uma oportunidade única

As QPEs são breves explosões de raios-X que surgem e desaparecem em questão de horas ou dias. Esse fenômeno foi observado pela primeira vez em 2019 e ainda é mal compreendido. Até hoje, os astrônomos conseguiram detectar apenas alguns casos semelhantes. Ver isso ocorrer em tempo real é considerado uma oportunidade única.

No artigo, a equipe descreve essas erupções como as mais longas e brilhantes já registradas. Segundo os pesquisadores, cada rajada de Ansky libera até cem vezes mais energia do que as observadas em outros buracos negros que apresentaram QPEs no passado.

“É a primeira vez que vemos esse tipo de evento em um buraco negro que parece estar despertando”, afirma Hernández-García em um comunicado. Ela explica que, ao contrário do que muitos imaginam, buracos negros podem passar longos períodos em silêncio, até que algum fator externo provoque sua reativação.

Uma das explicações mais aceitas para as QPEs envolve a presença de um disco de acreção – uma espécie de “anel” de matéria que gira ao redor do buraco negro. Esse disco é formado por gás, poeira ou até restos de estrelas que foram puxados pela gravidade extrema. Ao girar rapidamente, esse material aquece e emite radiação.

Um “cisco” pode ter despertado o monstro cósmico adormecido

Em alguns casos, acredita-se que objetos menores, como estrelas ou pequenos buracos negros, interajam com esse disco e provoquem instabilidades que resultam nas explosões de raios-X. No entanto, não há evidência de que Ansky tenha destruído uma estrela recentemente, o que levanta outras possibilidades.

Uma hipótese é que o disco de Ansky esteja sendo alimentado apenas por gás do ambiente ao redor. Nesse cenário, as explosões poderiam ser causadas por um pequeno objeto (talvez um planeta ou estrela anã) que cruza repetidamente o disco, provocando choques violentos no material em rotação.

Joheen Chakraborty, estudante de doutorado do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e coautor do estudo, afirma que as explosões de Ansky duram dez vezes mais e são dez vezes mais luminosas do que as das QPEs típicas. Isso desafia os modelos atuais que tentam explicar como esses flashes de raios-X são produzidos.

“Cada rajada de Ansky está nos forçando a repensar tudo o que sabíamos sobre esse tipo de evento. A cadência de 4,5 dias entre uma explosão e outra também é a mais longa já registrada. É como se o buraco negro tivesse acordado com apetite e estivesse nos mostrando um novo comportamento”, diz Chakraborty.

Para os astrônomos, acompanhar essa transformação em tempo real é uma chance de ouro. Eles esperam que as observações de Ansky ajudem a entender melhor a evolução dos buracos negros e as forças envolvidas nos eventos mais energéticos do Universo.

Ilustração mostrando dois buracos negros se fundindo e criando ondulações no tecido do espaço-tempo. Crédito: ESA

Erwan Quintin, astrônomo da Agência Espacial Europeia (ESA), ressalta que ainda há mais perguntas do que respostas. “Temos muitas teorias sobre as causas das QPEs, mas poucos dados. Ansky está nos oferecendo uma nova peça do quebra-cabeça e pode até estar relacionado à emissão de ondas gravitacionais”.

Essas ondas são distorções no tecido do espaço-tempo, causadas por eventos extremamente violentos, como colisões de buracos negros. A futura missão “Antena Espacial por Interferômetro Laser” (LISA), da ESA, poderá detectar essas ondas – e talvez identificar uma conexão com fenômenos como os de Ansky.

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Como nascem os buracos negros e seus jatos?

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Todas as sextas-feiras, ao vivo, a partir das 21h (pelo horário de Brasília), vai ao ar o Programa Olhar Espacial, no canal do Olhar Digital no YouTube. O episódio da última sexta-feira (4) (que você confere aqui) teve como tema os buracos negros supermassivos, como eles se formam e qual o futuro da astronomia em relação à pesquisa desses fenômenos fundamentais para o nascimento das galáxias.

O programa contou com a presença da astrofísica Thaisa Storchi e da cientista cidadã Sara Gabriele. Em entrevista ao apresentador Marcelo Zurita, as pesquisadoras falaram sobre o que são os buracos negros, sua formação, qual sua importância para as galáxias e quais os projetos atuais mais promissores para entendê-los. 

Além disso, em um especial do Mês das Mulheres, o Olhar Espacial reservou um momento para que as entrevistadas pudessem contar como é sua experiência sendo uma mulher na ciência.

Marcelo Zurita com as entrevistadas Thaisa Storchi e Sara Gabriele. (Imagem: Olhar Digital)

Thaisa disse que sempre gostou de ciência e que decidiu seguir no estudo da astrofísica quando já estava na universidade. Quem a estimulou na área foi um professor de mecânica apaixonado por astronomia, com o qual ela trabalhou em projetos de pesquisa e em observatórios. 

No entanto, a mulher que mais a inspira na área é a astrônoma Miriani Pastoriza, pioneira no estudo de galáxias. Por incentivo dela, Thaisa começou a estudar “galáxias peculiares”, aquelas onde o núcleo é um buraco negro em atividade. “Pastoriza era uma pessoa muito entusiasmada e não via empecilhos”, disse Storchi.

Para Sara Gabriele, a principal inspiração é a astrônoma Duília de Mello. Ela também disse que sua família sempre a incentivou e que também é uma grande referência. “Inspiração de vida são as mulheres da minha família. Por causa da mesma questão: não desistir e perseverar apesar de tudo”, disse Gabriele

Como os buracos negros se formam?

O buraco negro é uma consequência da gravidade. Nele, a matéria fica dentro do Raio de Schwarzschild, uma delimitação imaginaria de onde nada escapa, sendo a velocidade de escape igual à velocidade da luz.

Eles nascem da implosão de estrelas, segundo explica Storchi. Quando uma formação estelar evolui muito rápido e não consegue manter suas reações nucleares no centro, as camadas externas caem sobre o núcleo e o compactam, criando um objeto supermassivo que entra no Raio de Schwarzschild e torna-se assim um buraco negro. 

“Esse tipo de buraco negro foi o primeiro a ser encontrado no universo pelos astrônomos”, comentou a doutora.

Observações do Telescópio Espacial James Webb colaboram para o estudo de buracos negros. (Imagem: KennBrown/Estúdios Mondolithic/Scientific American)

E qual a origem dos supermassivos?

Os supermassivos seguem caminhos diferentes. A comunidade cientifica ainda está buscando entendê-los, mas algumas hipóteses principais têm sido debatidas e o Telescópio Espacial James Webb (JWST) está colaborando para as novas pesquisas. “Essa é uma questão que ainda a gente está estudando e o James Webb está ajudando a entender”, disse Storchi. 

O JWST consegue observar o passado do Universo com seus potentes sensores de infravermelho. Como os astros vão pendendo para uma cor avermelhada ao se distanciarem do observador – fenômeno conhecido como desvio para o vermelho – poder captar comprimentos de onda cada vez maiores está gerando novos dados e imagens para os astrônomos.

Simulação em 3D de dois buracos negros em fusão
Ilustração da fusão de dois buracos negros (Imagem: reprodução/YouTube – NASA Goddard)

Dentre essas novidades, estão as Little Red Dots (LRD), pontos avermelhados que os cientistas acreditam ser buracos negros de galáxias jovens da infância do cosmos. Thaisa Storchi pesquisa esse fenômeno atualmente. “Eles parecem ser buracos negros crescendo rapidamente lá no início do universo”, explicou a pesquisadora.

Com esses dados, surgiram hipóteses sobre a formação dos supermassivos. Uma delas é a de que diversas estrelas podem ter se juntado e colapsado para formar um objeto de massa extrema. Ou, buracos negros menores podem ter se fundido em um maior. Ainda assim, mais pesquisas são necessárias para que uma teoria se consolide, segundo disse Storchi.

Jatos e ventos inibiram a formação de estrelas

Ao redor do buraco negro se forma o disco de acreção, um sistema onde a matéria sugada por ele fica orbitando o centro até ser engolida. Lá, o plasma também faz um movimento circular, que chega a ser tão forte que gera um campo magnético intenso que joga as partículas para longe numa velocidade próxima a da luz, formando os jatos de plasma.

Há também os ventos galácticos, que diferem dos jatos por serem mais lentos. Eles são resultados da pressão do disco de acreção, que empurra o gás de uma galáxia para fora em alta velocidade.

Na fase da história do Universo em que os quasares –  núcleos galácticos ativos e extremamente brilhantes, formados por um buraco negro supermassivo – dominavam, a formação de estrelas diminuiu. Storchi explicou que as galáxias poderiam ser maiores se isso não tivesse ocorrido.

“Na fase dos quasares, quando a atividade era alta, havia muita ejeção de matéria e isso afetou a evolução das galáxias. Eles dominavam quando o Universo tinha na ordem de 3 bilhões de anos. Sem eles, as galáxias seriam muito maiores, pois foi ejetada boa parte do gás da região central e elas não conseguiram formar tantas estrelas quanto poderiam”, disse a astrofísica.

Representação artística de um quasar supermassivo. (Imagem: NASA / JPL – Caltech)

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O que esperar do futuro da astronomia?

No fim, Zurita perguntou quais os projetos futuros dentro da astronomia. Storchi destacou que o James Webb tem feito um ótimo trabalho nas novidades espaciais e que as LRDs são um objeto de pesquisa com potencial gigantesco para novas descobertas sobre a formação das galáxias.

A professora também destacou o projeto Legacy Survey of Space and Time. Ele é um programa do Observatório Vera Rubin, que tem seu nome dado em homenagem a uma pesquisadora notável na astronomia.

O observatório fica em Cerro Pachón, uma montanha no Chile. O foco do projeto é mapear o céu noturno ao longo de dez anos, tirando fotos e produzindo um filme com as mudanças dos astros no decorrer do tempo. 

“Com ele, vamos descobrir milhões de asteroides, milhões de galáxias ativas, estrelas capturadas por buracos negros, milhões de supernovas… Esse projeto é muito bacana e está começando este ano. Estou bem entusiasmada”, concluiu Storchi.

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Saiba tudo sobre buracos negros supermassivos no Programa Olhar Espacial

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No coração da maioria das galáxias, incluindo a nossa Via Láctea, residem monstros cósmicos com milhões ou até bilhões de vezes a massa do Sol: os buracos negros supermassivos. 

Esses objetos fascinantes, com uma força gravitacional tão intensa que nem a luz consegue escapar, exercem uma influência profunda na evolução das galáxias que os hospedam.

Mas, como esses titãs se formam e crescem? Como interagem com o gás, as estrelas e a poeira ao seu redor? E qual o seu papel na formação e na evolução das estruturas galácticas que observamos no Universo?

Buracos negros supermassivos habitam o centro da maioria das galáxias. Crédito:
Tranding art – Shutterstock

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No Programa Olhar Espacial desta sexta-feira (4), vamos mergulhar no universo extremo dos buracos negros supermassivos e explorar os segredos desses objetos enigmáticos. Vamos descobrir como a ciência tem desvendado a natureza e a influência dos buracos negros supermassivos nas galáxias, desde os jatos de matéria e energia que eles emitem até os processos de acreção que alimentam seu crescimento descomunal.

E esta edição conta com duas convidadas muito especiais. A renomada astrofísica Thaisa Storchi Bergmann, professora do Departamento de Astronomia do Instituto de Física da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), é Pesquisadora 1A do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), membro da Academia Brasileira de Ciências desde 2009 e presidente da Comissão X1 da União Astronômica Internacional. 

Ela também presta assessoria científica ao Laboratório Nacional de Astrofísica e agências internacionais e brasileiras de fomento à pesquisa científica, bem como a diversas publicações científicas internacionais na área de astrofísica. Tem sido membro de comitês de alocação de tempo em telescópios ópticos como os do Observatório Gemini, Observatório Europeu do SUL (ESO), Space Telescope Science Institute (STScI) e Atacama Large Millimeter Array (ALMA).

As convidadas desta noite são a astrofísica Thaisa Storchi Bergmann e a estudante Sara Gabriele. Créditos: Arquivo Pessoal

O programa também recebe a jovem astrônoma amadora Sara Gabriele, que, com apenas 14 anos, é cientista cidadã da Colaboração Internacional de Pesquisa Astronômica (IASC), da NASA e do Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (MCTI). Ela é membro dos clubes de astronomia InSpace Group e Nicolinha Kids.

Como assistir ao Programa Olhar Espacial

Apresentado por Marcelo Zurita, presidente da Associação Paraibana de Astronomia – APA; membro da SAB – Sociedade Astronômica Brasileira; diretor técnico da Rede Brasileira de Observação de Meteoros – BRAMON e coordenador nacional do Asteroid Day Brasil, o programa é transmitido ao vivo, todas às sextas-feiras, às 21h (horário de Brasília), pelos canais oficiais do veículo no YouTube, Facebook, Instagram, X (antigo Twitter), LinkedIn e TikTok.

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Qual a ligação entre buracos negros supermassivos e a vida?

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Quando se pensa em locais seguros para a vida, os buracos negros supermassivos, provavelmente, seriam os últimos lugares a se considerar, especialmente para planetas próximos ou que possam abrigar vida.

Há bons motivos para isso: essas “criaturas”, no centro das galáxias, consomem tudo que se aproxima delas e, ao fazê-lo, emitem radiações letais. Nenhuma dessas atividades parece, à primeira vista, favorecer a vida. Mas, será que é mesmo assim?

Acontece que a radiação desses núcleos galácticos ativos (AGN, na sigla em inglês) pode, sob certas condições, estimular o surgimento e a manutenção da vida.

Radiação advinda dessas “coisas espaciais” ajuda no desenvolvimento da vida (Imagem:
Tranding art/Shutterstock)

Pesquisadores do Dartmouth College e da Universidade de Exeter (Inglaterra) simularam os efeitos da radiação dos AGN sobre mundos vizinhos.

O estudo mostrou que fortes emissões de luz ultravioleta (UV) podem tanto ajudar a transformar a atmosfera de um planeta quanto dificultar a sobrevivência de formas de vida nativas. Essa situação é comparável ao que a radiação solar fez com a vida na Terra: tudo depende da distância do planeta em relação ao AGN e se ele já abriga vida.

“Uma vez que a vida surge e oxigena a atmosfera, a radiação se torna menos devastadora e, possivelmente, até benéfica”, afirma Kendall Sippy, autor principal do estudo, ao Universe Today. “Após essa etapa, o planeta se torna mais resiliente à radiação UV e protegido contra possíveis eventos de extinção.”

Radiação UV, vida e buracos negros supermassivos

  • A radiação ultravioleta é extremamente potente. Ela pode destruir moléculas, o que é prejudicial para os compostos associados à vida;
  • Se a radiação for intensa, pode até impedir a formação de compostos prebióticos, caso o planeta não possua proteção atmosférica adequada;
  • Na Terra, contamos com uma camada de ozônio que filtra parte, mas não toda, a luz UV proveniente do Sol. Nem sempre foi assim: em tempos antigos, a atmosfera filtrava menos essa radiação;
  • O que conseguia passar podia causar câncer de pele por superexposição, além de envelhecimento precoce e danos ao DNA, inclusive afetando os olhos;
  • Por outro lado, a luz UV é fundamental para a produção de vitamina D nos humanos e, nos primórdios da Terra, estimulou o desenvolvimento de moléculas complexas essenciais para as primeiras formas de vida.

Luz de alta energia, como a UV, reage prontamente com o oxigênio na atmosfera, resultando na formação de ozônio. Uma camada de ozônio saudável protege a vida da radiação mais intensa do Espaço.

Há cerca de dois bilhões de anos, a radiação solar ajudou as primeiras formas de vida da Terra a oxigenar a atmosfera e gerar ozônio. Com o espessamento dessa camada protetora, a vida floresceu, produzindo mais oxigênio e, consequentemente, mais ozônio. Esse processo permitiu que formas de vida mais complexas evoluíssem e se espalhassem pelo planeta.

“Se a vida consegue oxigenar rapidamente a atmosfera de um planeta, o ozônio pode ajudar a regular o clima, criando condições favoráveis ao desenvolvimento da vida”, explica Jake Eager-Nash, coautor do estudo pela Universidade de Victoria. “Sem um mecanismo de retroalimentação que regule o clima, a vida poderia se extinguir rapidamente.”

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Simulando os efeitos da radiação dos AGN

Considerando que a radiação dos AGN pode exercer papel similar para qualquer mundo próximo, a equipe de pesquisa decidiu simular os efeitos dessa radiação em planetas semelhantes à Terra, com diferentes composições atmosféricas.

Se a atmosfera já contivesse oxigênio, a luz ultravioleta incidente desencadearia reações químicas que formam o ozônio, sendo o efeito proporcional ao nível de oxigenação.

Os pesquisadores recriaram, em suas simulações, a atmosfera da Terra durante o período Arqueano, que começou há cerca de quatro bilhões de anos e terminou há aproximadamente dois bilhões de anos.

Nessa época, grande parte da superfície do planeta estava submersa e a atmosfera era “pré-biótica” – rica em metano e pobre em oxigênio –, com os estromatólitos, formações de tapetes microbianos, representando as formas de vida mais complexas.

A simulação computacional continha informações sobre as concentrações iniciais de oxigênio e outros gases atmosféricos e, então, os níveis de radiação UV foram ajustados para imitar os de um AGN.

“O modelo computacional simula todas as reações químicas possíveis, gerando gráficos que mostram a intensidade da radiação em diferentes comprimentos de onda e as concentrações dos gases na atmosfera em vários momentos”, explica Sippy.

Radiação UV
Radiação UV, quando controlada, dá suporte à vida (Imagem: Supa Chan/Shutterstock)

O resultado foi a identificação de um ciclo de retroalimentação para um planeta capaz de lidar com a radiação UV, utilizando-a para criar uma camada de ozônio mais espessa que, por sua vez, protege o planeta dos efeitos mais nocivos das emissões.

Essa descoberta foi inesperada, em parte porque os colaboradores não estavam familiarizados com o quão mais brilhante um AGN pode ser em comparação com uma estrela, dependendo da proximidade do planeta.

A radiação aumentada parece ter estimulado as reações atmosféricas, mostrando que emissões de alta energia na faixa UV não, necessariamente, significam o fim da vida em um planeta próximo a um AGN.

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