Uma estrela gigante desapareceu e os cientistas suspeitam que um buraco negro seja o responsável.

Uma supergigante na galáxia de Andrómeda colapsou num buraco negro sem supernova

Uma das estrelas mais luminosas da galáxia de Andrómeda colapsou discretamente, transformando-se num buraco negro sem o espetáculo habitual de uma supernova.

O mais notável nesta descoberta é que os primeiros indícios dessa transformação já tinham sido registados em 2014 - um conjunto de dados essencial para perceber as várias formas como os buracos negros podem surgir após a morte de uma estrela gigante.

“Esta foi provavelmente a descoberta mais surpreendente da minha vida”, afirma o astrónomo Kishalay De, da Universidade de Columbia, nos EUA, que liderou a investigação. “A evidência do desaparecimento da estrela estava em dados públicos de arquivo, e ninguém reparou durante anos até nós a termos identificado.”

Porque é que a morte de uma estrela massiva costuma ser ruidosa (supernova e estrela de neutrões)

Quando uma estrela massiva, muitas vezes mais pesada do que o Sol, chega ao fim, não se espera que desapareça em silêncio. Assim que a fusão nuclear no núcleo deixa de conseguir gerar pressão suficiente para contrariar a atração da gravidade, o núcleo entra em colapso.

Esse colapso pode lançar uma onda de choque colossal para o exterior da estrela, desencadeando uma explosão de supernova que expulsa o material das camadas externas, enquanto o núcleo se converte numa estrela de neutrões ou num buraco negro.

A “supernova falhada”: um caminho menos dramático para um buraco negro

Mas esta não é a única via possível. Em alguns cenários, a onda de choque que deveria provocar a explosão perde força e fica “travada”. Em vez de desintegrar a estrela, a explosão esmorece, e o material acaba por cair de volta sobre o buraco negro recém-formado. Como este processo é muito menos vistoso do que uma supernova, provas claras do fenómeno são relativamente raras.

“Ao contrário de encontrar supernovas, o que é fácil porque a supernova ofusca toda a sua galáxia durante algumas semanas, encontrar estrelas individuais que desaparecem sem produzir uma explosão é extraordinariamente difícil”, explica De.

Até aqui, só tinha sido documentado um caso semelhante: uma estrela que terá desaparecido por volta de 2010 numa galáxia a 22 milhões de anos-luz. Agora, ao examinarem cuidadosamente observações de arquivo da galáxia de Andrómeda, De e os seus colegas encontraram outro evento - e, desta vez, com sinais ainda mais inequívocos.

M31-2014-DS1: a estrela que brilhou, escureceu e sumiu (Andrómeda, infravermelho e comprimentos de onda ópticos)

A M31-2014-DS1 era uma estrela supergigante que começou com cerca de 13 vezes a massa do Sol e brilhava intensamente, mesmo a 2,5 milhões de anos-luz de distância entre a Via Láctea e Andrómeda.

Depois, em 2014, o telescópio NEOWISE da NASA registou um aumento súbito do brilho no infravermelho, com a luminosidade a subir cerca de 50 percent ao longo de aproximadamente dois anos.

Em seguida, entre 2016 e 2022, a estrela escureceu de forma acentuada, até que, em 2023, desapareceu por completo nos comprimentos de onda ópticos.

E não foi apenas a luz visível a desvanecer-se: o brilho total da estrela, considerando todo o espectro, diminuiu pelo menos por um factor de 10. Actualmente, só é detectável no infravermelho médio, emitindo aproximadamente um décimo do seu brilho infravermelho anterior.

“Esta estrela costumava ser uma das mais luminosas na Galáxia de Andrómeda, e agora não havia sinais dela”, diz De. “Imaginem se a estrela Betelgeuse desaparecesse de repente. Toda a gente enlouquecia! O mesmo tipo de coisa [estava] a acontecer com esta estrela na Galáxia de Andrómeda.”

Porque é que os dados apontam para uma supernova falhada (poeira vs queda real de energia)

A análise detalhada da equipa indica que a sequência de acontecimentos é compatível com uma supernova falhada. Em primeiro lugar, o aumento no infravermelho encaixa na hipótese de poeira expelida pela estrela moribunda se ter acumulado e estabilizado num casulo à sua volta, em vez de ser projectada para o espaço.

Depois, o escurecimento forte em todos os comprimentos de onda mostra que a queda de luminosidade não se deveu apenas a poeira a bloquear a luz, como aconteceu com a Betelgeuse em 2019. Se o problema fosse somente poeira, o brilho no infravermelho não teria caído, já que a radiação infravermelha consegue atravessar nuvens de poeira.

O enfraquecimento em todo o espectro sugere que a produção total de energia da estrela diminuiu, o que é coerente com a cessação da fusão nuclear.

“O desvanecimento dramático e sustentado desta estrela é muito invulgar, e sugere que uma supernova não chegou a ocorrer, levando o núcleo da estrela a colapsar directamente num buraco negro”, afirma De.

“Há muito tempo que se assume que estrelas com esta massa explodem sempre como supernovas. O facto de não ter acontecido sugere que estrelas com a mesma massa podem ou não explodir com sucesso, possivelmente devido à forma como a gravidade, a pressão do gás e ondas de choque poderosas interagem de modo caótico entre si dentro da estrela em colapso.”

O que ficou para trás: horizonte de eventos e o que isto implica

Os investigadores calcularam que o objecto resultante deverá ser um buraco negro com cerca de cinco vezes a massa do Sol - com um horizonte de eventos de aproximadamente 30 quilómetros (18 milhas) de diâmetro.

Como estes episódios decorrem tão silenciosamente, o facto de os astrónomos terem identificado agora dois casos com apenas alguns anos de intervalo aponta para duas ideias particularmente entusiasmantes. A primeira é que a nossa capacidade de observar o que o Universo está a fazer, mesmo quando os sinais são subtis, está a melhorar. A segunda é que estas supernovas falhadas poderão ser um trajecto mais comum do que se pensava.

“É um choque saber que uma estrela massiva basicamente desapareceu (e morreu) sem uma explosão e que ninguém reparou nisso durante mais de cinco anos”, diz De. “Isto afecta muito a nossa compreensão do inventário de mortes de estrelas massivas no Universo. Indica que estas coisas podem estar a acontecer silenciosamente por aí e passar facilmente despercebidas.”

A investigação foi publicada na revista Science.