Uma estrela despedaçada

Como um buraco negro despedaça uma estrela que chega perto demais e ilumina o coração de uma galáxia

Passo a passo

Uma estrela se aproxima

Quase toda galáxia grande tem um buraco negro gigante no centro. O da Via Láctea, Sagitário A*, tem quatro milhões de vezes a massa do Sol; este tem um milhão, o típico entre os flagrados despedaçando estrelas. Estrelas fervilham em volta desses buracos em órbitas próprias, e de vez em quando duas passam tão perto uma da outra que uma é lançada numa trajetória que mergulha direto no buraco.

O buraco em si é pequeno para a sua massa. Seu horizonte de eventos, a superfície de dentro da qual nem a luz sai, tem cerca de quatro vezes a largura do Sol. Sua gravidade curva a luz das estrelas atrás dele, por isso o céu parece distorcido em volta da sua sombra negra.

O anel tracejado é o raio de maré. Fora dele, a própria gravidade da estrela a mantém inteira. Dentro dele, nada consegue.

Esticada

O buraco puxa com mais força o lado próximo da estrela do que o lado distante. Perto do raio de maré essa diferença, a maré, fica tão forte quanto a própria gravidade da estrela, e a estrela é esticada.

As marés não são exclusividade dos buracos negros. A Lua as provoca nos oceanos da Terra porque puxa com mais força o lado da Terra voltado para ela. Aqui a atração muda tão bruscamente com a distância que, ao longo da largura de uma estrela, a diferença supera a própria gravidade da estrela.

Os astrônomos chamam isso de espaguetificação, porque tudo o que cai é esticado, longo e fino. Para um buraco negro de um milhão de sóis, uma estrela como o Sol chega a esse ponto a cerca de 70 milhões de km: metade da distância da Terra ao Sol, e ainda muito longe do horizonte.

Acontece depressa. A dezenas de milhares de quilômetros por segundo, a estrela leva só cerca de 18 minutos para ir do raio de maré até a sua maior aproximação.

Despedaçada

Nada explode. A estrela simplesmente deixa de ser uma coisa só: seu gás mantém a velocidade que tinha, mas cada parte está a uma distância um pouco diferente do buraco, então cada uma segue uma órbita um pouco diferente. Achatada ao passar rente e depois esticada, a estrela vira uma corrente longa e fina.

O lado que estava mais perto do buraco vai um pouco devagar demais para escapar e agora fica preso a ele. O lado distante vai um pouco rápido demais e nunca voltará. Essa pequena diferença decide tudo o que vem depois.

Simulações de computador mostram a estrela inteira se desfazendo em poucas horas.

Um rio de gás

Em poucos dias a corrente fica mais longa que a distância da Terra ao Sol. Sua metade presa, mais perto do buraco, vai desacelerando e voltará a cair; a outra metade vai embora para sempre.

A corrente continua fina porque a sua própria gravidade a segura pelos lados, mesmo quando ela se estica a milhares de vezes o comprimento da estrela. Seu gás esfria ao se espalhar, então a corrente real é fraca. Os telescópios não conseguem vê-la, mas as simulações a acompanham de perto.

Como o gás se divide depende da energia que cada parte levou: quanto mais perto do buraco ela estava dentro da estrela, mais presa fica. O gás mais preso segue uma órbita que o leva a cerca de 46 vezes a distância da Terra ao Sol antes de voltar.

O anel tracejado é a órbita da Terra, desenhada na mesma escala.

Metade vai embora

O gás que escapa leva metade da massa da estrela para dentro da galáxia. A milhares de quilômetros por segundo, ele vai vagar entre as estrelas por milhões de anos: um fino arco de gás que um dia foi um sol.

O gás preso segue órbitas longas e estreitas em volta do buraco, como os cometas em volta do Sol. O gás que estava mais perto do buraco tem a órbita mais curta e volta primeiro; o resto vem ao longo de meses e anos, cada vez menos de cada vez.

O anel tracejado é a órbita de Netuno, em escala. A corrente logo vai muito além do tamanho de todo o nosso sistema planetário.

A volta

Na gravidade de Newton uma órbita se fecha sobre si mesma. Perto de um buraco negro, não: a teoria de Einstein faz cada órbita girar um pouco além, como a de Mercúrio em volta do Sol, só que aqui cerca de 23 graus a cada volta em vez de um fio de cabelo.

Assim, o gás que acabou de contornar o buraco sai de novo por uma linha um pouco diferente e bate na corrente que ainda está caindo, a cerca de 16 vezes a distância da Terra ao Sol. A colisão aquece o gás e lhe rouba velocidade, e aos poucos ele se acomoda num disco quente e rodopiante em volta do buraco.

Exatamente como o gás que volta vira um disco ainda está sendo estudado, com algumas das maiores simulações da astronomia.

A erupção

Os telescópios flagram essas erupções como um súbito aumento de brilho bem no centro de uma galáxia que estava calma. AT2019qiz, descoberto em 2019 numa galáxia a 215 milhões de anos-luz, é o mais próximo até agora; o brilho e a temperatura da erupção mostrados aqui são os medidos, mas o seu ritmo é o do modelo mais simples.

Sua luz visível vem de uma nuvem de gás quente em volta do buraco, dezenas de vezes mais larga que a órbita da Terra, lançada pela erupção e iluminada por dentro. O disco em si, mais para dentro, brilha sobretudo em luz ultravioleta e raios X.

Perto do buraco, a sua gravidade curva a luz do disco, então o lado distante do disco aparece acima e abaixo da sombra negra.

Apagando-se

A cada dia volta menos gás, então a erupção se apaga, como mostra o gráfico. Em poucos anos ela quase sumiu, e o buraco negro volta a ficar quieto.

O gás que volta vai rareando de um jeito que decorre de como a energia da corrente foi dividida: o ritmo cai como o tempo elevado a menos cinco terços. A luz de muitas erupções se apaga exatamente assim, um dos sinais mais claros de que são mesmo estrelas despedaçadas.

Cerca de metade da estrela volta a cair. Parte é engolida e muito é soprado para longe de novo pelo calor. O buraco ganha uma fração de um sol: quase nada para algo um milhão de vezes mais pesado.

Numa galáxia como a nossa isso acontece cerca de uma vez a cada 10.000 a 100.000 anos. Com tantas galáxias para vigiar, os telescópios de levantamento já encontram dezenas por ano, e o Observatório Vera C. Rubin, no Chile, deve encontrar milhares.