Telescópio Roman detectará buracos negros distantes que destroem estrelas como o nosso Sol

Novo observatório espacial utilizará eventos de ruptura por maré para mapear buracos negros antigos e responder a dúvidas sobre a evolução do universo primordial.

Por Christine Pulliam do Space Telescope Science Institute

Para compreender como os buracos negros localizados no centro das galáxias se formam e evoluem ao longo do tempo, a comunidade científica enfrenta o desafio de detectar e analisar estruturas supermassivas em distâncias extremas. Uma nova pesquisa aponta que o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman, da NASA, com lançamento previsto para 30 de agosto de 2026 (que poderá ser acompanhado ao vivo neste portal), terá capacidade técnica para identificar esses corpos celestes antigos, que existiram há até 11 bilhões de anos.

A observação de buracos negros ocorre prioritariamente por meio da luz emitida por seus discos de acreção — a matéria que orbita a estrutura antes de ser consumida. Buracos negros supermassivos de menor massa, contudo, apresentam menor luminosidade, o que dificulta o rastreamento. O cenário se altera quando esses corpos destroem e consomem uma estrela inteira, gerando um brilho capaz de superar o de toda a sua galáxia hospedeira, fenômeno denominado evento de ruptura por maré (TDE, na sigla em inglês).

“O Telescópio Espacial Roman será transformador para a ciência de fenômenos transitórios”, afirma Mitchell Karmen, autor principal do estudo e pesquisador da Universidade Johns Hopkins. “Graças à alta sensibilidade do Roman, poderemos encontrar múltiplos eventos de ruptura por maré a distâncias maiores e em tempos cósmicos mais primórdios do que nunca.”

Mapeamento de TDEs e a dinâmica do universo primordial

O levantamento High-Latitude Time-Domain Survey, uma das frentes do telescópio, cobrirá uma área equivalente a 90 luas cheias com observações regulares. A repetição das análises sobre as mesmas regiões permitirá o registro de um elevado volume de eventos transitórios no universo jovem.

Os eventos de ruptura por maré são característicos de buracos negros de menor porte relativo, variando entre 100 mil e 100 milhões de massas solares. Estruturas com massa superior a 1 bilhão de sóis engolem as estrelas por inteiro sem gerar a mesma luminescência. Já os corpos menos massivos despedaçam a estrela gradualmente, criando um ponto de luz que atinge o pico de intensidade em semanas até enfraquecer.

Diferentes fatores influenciam a taxa desses eventos ao longo da história cósmica, incluindo a frequência de fusão entre galáxias e a densidade estelar em seus núcleos. Modelagens desenvolvidas por Karmen e sua equipe indicam que a taxa de TDEs detectáveis crescerá à medida que o Roman investigar regiões mais distantes, atingindo o pico no chamado “meio-dia cósmico” — período entre 11 e 12 bilhões de anos atrás, quando a formação de estrelas no universo atingiu seu ápice.

Esta visualização mostra o número médio de eventos de ruptura por maré prevista que o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA detecte anualmente, com base em simulações. Espera-se que o Roman registre cerca de 100 desses eventos em um ano. Vídeo: NASA, STScI. Visualização: Christian Nieves (STScI). Som: Christian Nieves (STScI). Designer: Dani Player (STScI). Animação: Greg Bacon (STScI)

Atuação complementar entre observatórios espaciais e terrestres

O Telescópio Roman operará na faixa do infravermelho próximo, comprimento de onda otimizado para captar a luz de TDEs distantes que sofreu desvio para o vermelho (redshift) devido à expansão do universo. Essa característica permite identificar eventos cujos sinais luminosos viajaram entre 8 e 11 bilhões de anos até a Terra.

Paralelamente, o Observatório Vera C. Rubin, instalado em solo, atuará no espectro da luz visível. Enquanto o Rubin deve detectar milhares de TDEs mais próximos por ano, o Roman focará em até 100 eventos anuais situados nas camadas mais antigas da história cósmica.

“Apenas contando o número de TDEs em função do desvio para o vermelho, é possível estabelecer limites significativos para a população de buracos negros com massas de um milhão de vezes a do Sol”, explica Suvi Gezari, coautora do estudo e professora associada de astronomia na Universidade de Maryland. “O Roman será transformador porque poderá sondar eventos de ruptura por maré a distâncias maiores, permitindo observar como a taxa desses episódios evolui ao longo do tempo.”

Investigação sobre as origens das estruturas supermassivas

A contagem de TDEs realizada pelo Roman ajudará a testar duas hipóteses principais sobre a formação de buracos negros gigantes no universo primordial:

○ Sementes leves: Propõe que os buracos negros surgiram a partir da morte de estrelas massivas, com massas iniciais centenas de vezes superiores à do Sol, crescendo posteriormente via fusões e consumo acelerado de gás.

○ Sementes pesadas: Sugere que estruturas com até um milhão de massas solares já nasceram com grande dimensão por meio do colapso direto de nuvens de gás, processo considerado mais raro.

Ao diferenciar a prevalência de buracos negros mais leves no universo jovem, os dados coletados pelo Roman permitirão ajustar os modelos teóricos de evolução galáctica.

O gerenciamento do Telescópio Espacial Nancy Grace Roman está a cargo do Goddard Space Flight Center da NASA, com cooperação do Jet Propulsion Laboratory (JPL), do Caltech/IPAC, do Space Telescope Science Institute (STScI) e de parceiros da indústria aeroespacial.

Destaque – Conceito artístico retrata uma estrela semelhante ao Sol sendo despedaçada por um buraco negro supermassivo — um fenômeno conhecido como evento de ruptura por maré. Crédito: NASA, Ralf Crawford (STScI)

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