We’ve spotted a neutrino blasted out by a black hole shredding a star

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Imagem padrão do novo cientista

Uma visão do disco de acreção em torno de um buraco negro supermassivo, com estruturas semelhantes a jato fluindo para longe do disco

DESY, Laboratório de Comunicação Científica

Em uma galáxia distante, um buraco negro supermassivo rasgou uma estrela em pedaços, enviando uma enorme explosão de energia. Pela primeira vez, os pesquisadores observaram um neutrino que provavelmente veio desse tipo de cataclismo, que é chamado de evento de interrupção da maré ou TDE.

Neutrinos são partículas minúsculas que raramente interagem com outras matérias, tornando-os extremamente difíceis de serem detectados. Em 1 de outubro de 2019, o Observatório de Neutrinos IceCube na Antártica avistou um neutrino com energia relativamente alta que parecia vir de além de nossa galáxia.

Enquanto isso, Robert Stein, do German Electron Synchrotron (DESY), e seus colegas estavam usando o Zwicky Transient Facility, na Califórnia, para observar uma estrela que havia se aproximado demais de um buraco negro supermassivo. A extrema gravidade do buraco negro destruiu a estrela, criando uma TDE que durou meses. O neutrino TDE e o IceCube vieram do mesmo local no céu, indicando que a estrela rasgada pode ter produzido o neutrino.

“Teóricos propuseram que alguns neutrinos poderiam vir de TDEs e o que temos aqui é a primeira evidência observacional para apoiar essa afirmação”, diz Stein. Para produzir um neutrino de alta energia, uma partícula – geralmente um próton – deve ser acelerada a uma velocidade extraordinariamente alta e então colidir com outro próton ou fóton, o que faz com que se despedace em partículas menores, incluindo neutrinos. Existem poucos eventos no universo que produzem a aceleração necessária para gerar neutrinos de alta energia. Agora parece que os TDEs podem fazer isso.

No entanto, não sabemos o mecanismo exato dessa aceleração de partículas. É um mistério que se torna ainda mais confuso pelo fato de o neutrino ter sido detectado 154 dias após o pico de atividade do TDE.

“Você tem que explicar por que o neutrino chega tão tarde após o pico – o neutrino veio meio ano depois”, diz Walter Winter no DESY. “Naturalmente, você não esperaria isso.” Winter e Cecilia Lunardini, da Arizona State University, criaram um cenário que poderia explicar por que o neutrino chegou tão tarde.

Depois que a estrela em uma TDE é dividida, sua matéria se espalha em um disco ao redor do buraco negro. Winter e Lunardini sugerem que parte dessa matéria poderia ser canalizada por poderosos campos magnéticos para um jato, que aceleraria as partículas a altas velocidades.

“Temos esse tipo de jato cônico que cospe bolhas de matéria”, diz Lunardini. “Os prótons são acelerados nas colisões dessas bolhas.” Mas, para criar um neutrino, os prótons que se movem rapidamente precisam se chocar contra alguma coisa. Os pesquisadores sugerem que o atraso pode ser causado pela necessidade de esperar por uma quantidade suficiente de outro tipo de partícula – os fótons – para se formar ao redor do buraco negro, em uma espécie de nuvem de luz. Então, há uma chance de uma colisão próton-fóton.

As observações de raios-X mostraram que, embora este TDE emitisse mais raios-X do que a maioria dos outros que avistamos, eles desbotaram rapidamente mais ou menos na mesma época em que o neutrino foi produzido. Winter e Lunardini sugerem que isso pode ser devido à nuvem de fótons que obscurece os raios X ao mesmo tempo que dá aos prótons no jato algo para se chocarem para gerar neutrinos.

“Se isso for real, então sabemos que os TDEs são uma fonte importante de neutrinos, então só isso já é uma coisa nova”, diz Lunardini. “Isso sugere que os TDEs que são particularmente brilhantes em raios-X devem ser de interesse especial e talvez devêssemos investigá-los mais”.

Referências de periódicos: Astronomia da Natureza, DOI: 10.1038 / s41550-020-01295-8, DOI: 10.1038 / s41550-021-01305-3

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