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

Uma das estrelas mais luminosas da galáxia de Andrómeda terá colapsado de forma discreta, dando origem a um buraco negro sem o espectáculo habitual de uma supernova.

O que torna este achado ainda mais notável é que os primeiros indícios desta transformação ficaram registados já em 2014 - informação decisiva para perceber as várias formas como os buracos negros podem surgir após a morte de uma estrela gigante.

“Esta foi, muito provavelmente, a descoberta mais inesperada da minha vida”, afirma o astrónomo Kishalay De, da Universidade de Columbia (EUA), que liderou o trabalho. “As provas de que a estrela tinha desaparecido estavam em dados de arquivo públicos e ninguém lhes pegou durante anos, até as encontrarmos.”

Porque é que uma estrela massiva nem sempre termina numa supernova?

Quando uma estrela com muitas vezes a massa do Sol chega ao fim do seu combustível, não se espera que “desligue” em silêncio. Assim que a fusão nuclear no núcleo deixa de produzir pressão suficiente para contrariar a gravidade, o núcleo colapsa.

Em muitos casos, esse colapso desencadeia uma onda de choque que se propaga para o exterior, originando uma explosão de supernova: o invólucro da estrela é expelido para o espaço e o remanescente compacta-se, formando uma estrela de neutrões ou um buraco negro.

Contudo, existe outra possibilidade. Em certos cenários, a onda de choque perde força e “emperra”. Em vez de destruir a estrela, a explosão fracassa - uma supernova falhada - e grande parte do material acaba por cair de volta, alimentando o buraco negro recém-formado. Por ser um processo muito menos vistoso do que uma supernova clássica, sinais inequívocos deste tipo de colapso são raros.

“Ao contrário das supernovas, que são fáceis de detectar porque durante algumas semanas podem brilhar mais do que a galáxia inteira onde ocorrem, encontrar estrelas individuais que desaparecem sem explosão é extraordinariamente difícil”, explica De.

Até agora, apenas um caso semelhante tinha sido descrito: uma estrela que terá desaparecido por volta de 2010 numa galáxia a 22 milhões de anos-luz. Agora, ao reanalisar observações de arquivo da galáxia de Andrómeda, a equipa identificou um segundo evento - e com um rasto de evidências ainda mais claro.

M31-2014-DS1 na galáxia de Andrómeda: sinais de um buraco negro sem supernova

O objecto em causa, M31-2014-DS1, era uma estrela supergigante que começou com cerca de 13 vezes a massa do Sol. Apesar de se encontrar a aproximadamente 2,5 milhões de anos-luz - a distância entre a Via Láctea e Andrómeda -, destacava-se como uma das estrelas mais brilhantes daquela galáxia.

A sequência observada foi a seguinte:

• 2014: o telescópio NEOWISE da NASA registou um aumento súbito no brilho em infravermelho, com uma intensificação de cerca de 50% ao longo de aproximadamente dois anos.
  
• 2016 a 2022: ocorreu um escurecimento acentuado.
  
• 2023: a estrela deixou de ser visível em comprimentos de onda ópticos.

E a perda de brilho não se limitou ao que é visível: a luminosidade total, somando praticamente todo o espectro, diminuiu pelo menos um factor 10. Hoje, o objecto só é detectável no infravermelho médio, com um brilho de cerca de um décimo do que apresentava anteriormente nessa faixa.

“Esta estrela era uma das mais luminosas de Andrómeda e, de repente, já não estava em lado nenhum”, diz De. “Imagine-se se a Betelgeuse desaparecesse subitamente - toda a gente entraria em pânico. Foi algo do mesmo género a acontecer na galáxia de Andrómeda.”

Porque é que isto aponta para uma supernova falhada?

A análise detalhada do grupo sugere que o padrão observado encaixa numa supernova falhada.

Em primeiro lugar, o reforço inicial no infravermelho é compatível com poeira ejectada pela estrela moribunda, que não foi varrida por uma explosão violenta; em vez disso, terá formado uma espécie de “casulo” ao redor do objecto.

Depois, o escurecimento pronunciado em todas as faixas do espectro indica que o problema não foi apenas poeira a tapar a luz - como aconteceu com a Betelgeuse em 2019. Se fosse somente obscurecimento por poeira, o infravermelho não deveria ter caído desta forma, já que a radiação infravermelha atravessa melhor as nuvens de poeira.

O facto de a luminosidade ter descido de forma generalizada sugere que a produção global de energia da estrela se reduziu drasticamente, o que é consistente com o fim da fusão no núcleo.

“O desvanecimento dramático e prolongado desta estrela é muito invulgar e aponta para uma supernova que não chegou a acontecer, levando o núcleo a colapsar directamente num buraco negro”, afirma De.

“Durante muito tempo assumiu-se que estrelas com esta massa explodiam sempre como supernovas. O facto de aqui não ter ocorrido sugere que estrelas com a mesma massa podem, ou não, explodir com sucesso - possivelmente devido a interacções caóticas entre gravidade, pressão do gás e ondas de choque intensas no interior da estrela em colapso.”

Que buraco negro terá resultado?

A equipa estima que o objecto final seja um buraco negro com cerca de cinco massas solares, com um horizonte de eventos de aproximadamente 30 quilómetros de diâmetro.

Como estes episódios acontecem com tão pouca “assinatura” visível, o facto de já existirem dois exemplos detectados num intervalo de poucos anos aponta para duas conclusões importantes: por um lado, as ferramentas de observação e análise estão a tornar-se suficientemente sensíveis para apanhar fenómenos subtis; por outro, as supernovas falhadas podem ser um caminho de morte estelar mais frequente do que se pensava.

“É chocante perceber que uma estrela massiva basicamente desapareceu (e morreu) sem explosão e que ninguém reparou durante mais de cinco anos”, sublinha De. “Isto mexe com a forma como contabilizamos as mortes de estrelas massivas no Universo. Sugere que estes eventos podem estar a ocorrer silenciosamente e a passar facilmente despercebidos.”

O que muda para a astronomia observacional?

A identificação de casos como o de M31-2014-DS1 reforça o valor de cruzar grandes arquivos de observação ao longo de muitos anos, combinando medições no óptico e no infravermelho. Em particular, campanhas sistemáticas para procurar “desaparecimentos” de estrelas brilhantes em galáxias próximas podem revelar uma população escondida de colapsos directos.

Além disso, eventos deste tipo são candidatos naturais a deixar sinais não luminosos, como emissões de neutrinos e, em certos cenários, ondas gravitacionais. Mesmo que essas assinaturas sejam difíceis de detectar a distâncias extragalácticas, cada novo caso ajuda a afinar modelos e a definir quais os alvos mais promissores para futuras observações multi-mensageiro.

A investigação foi publicada na revista Science.