Pela primeira vez, cientistas observam a precessão conjunta de um disco de acreção e um jato relativístico, confirmando uma previsão da Relatividade Geral e revelando detalhes inéditos sobre a morte de uma estrela.
Introdução
Em uma descoberta que une observação e teoria de maneira espetacular, uma equipe internacional de astrônomos anunciou a primeira detecção direta de um fenômeno conhecido como coprecessão disco-jato em um evento de disrupção de maré (TDE). Publicado na prestigiosa revista Science Advances em dezembro de 2025 1, o estudo detalha como um buraco negro supermassivo, ao devorar uma estrela, exibiu um “bamboleio” rítmico e sincronizado em seu disco de matéria e nos jatos de partículas que expele. Esse comportamento, observado no objeto AT2020afhd, localizado a aproximadamente 400 milhões de anos-luz da Terra na galáxia LEDA 145386, fornece uma confirmação observacional robusta do efeito Lense-Thirring, uma consequência da Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein.
A pesquisa, liderada pelo astrônomo Yanan Wang, dos Observatórios Astronômicos Nacionais da Academia Chinesa de Ciências, mobilizou uma colaboração internacional com mais de 40 pesquisadores de instituições renomadas ao redor do mundo. Utilizando uma rede global de telescópios terrestres e espaciais, a equipe monitorou o evento com uma cobertura temporal sem precedentes. Eles identificaram variações quase periódicas nas emissões de raios-X e de rádio do objeto, com um ciclo de aproximadamente 19,6 dias. Essa pulsação rítmica, análoga a um batimento cardíaco cósmico, revela que o disco de acreção e o jato estão precessando — ou seja, oscilando como um pião prestes a parar — em uníssono.
A descoberta não apenas valida um pilar da física moderna em um ambiente extremo, mas também abre uma nova janela para o estudo da dinâmica complexa que rege a interação entre buracos negros e a matéria ao seu redor, marcando um avanço significativo na astrofísica de transientes. O estudo demonstra ainda o poder transformador do monitoramento de rádio de alta cadência, uma técnica que promete revolucionar nossa compreensão dos fenômenos mais energéticos do universo.
O Coração Pulsante de um Evento Cataclísmico
A jornada para esta descoberta começou em 2020, quando o Zwicky Transient Facility (ZTF), um programa de varredura do céu que opera no Observatório Palomar, na Califórnia, detectou um novo ponto de luz no núcleo da galáxia LEDA 145386. Catalogado como AT2020afhd (também conhecido pelo nome técnico ZTF20abwtifz), o evento foi inicialmente identificado como um evento de disrupção de maré (TDE), um cataclismo cósmico que ocorre quando uma estrela se aventura perto demais de um buraco negro supermassivo e é despedaçada por suas forças de maré gravitacionais.
Os eventos de disrupção de maré são fenômenos relativamente raros, ocorrendo aproximadamente uma vez a cada 10.000 a 100.000 anos em uma galáxia típica. Quando uma estrela se aproxima do horizonte de eventos de um buraco negro supermassivo, as forças gravitacionais diferenciais — mais intensas no lado da estrela voltado para o buraco negro do que no lado oposto — superam a coesão gravitacional da própria estrela, literalmente esticando-a e despedaçando-a em um processo conhecido como “espaguetificação”. Os detritos estelares resultantes formam um disco de acreção ao redor do buraco negro, liberando quantidades imensas de energia à medida que a matéria espirala em direção ao abismo gravitacional. Em alguns casos, parte dessa energia é canalizada para a formação de jatos relativísticos, feixes colimados de partículas aceleradas a velocidades próximas à da luz, que são ejetados perpendicularmente ao plano do disco.
Após sua explosão inicial em 2020, o brilho de AT2020afhd diminuiu gradualmente, como esperado para um TDE típico. Contudo, o verdadeiro espetáculo começou em 4 de janeiro de 2024, quando o objeto subitamente voltou a brilhar intensamente, um fenômeno conhecido como “rebrightening”. Este evento de reativação capturou a atenção da comunidade astronômica global e desencadeou uma campanha de observação multi-comprimento de onda sem precedentes.
Astrônomos de todo o mundo apontaram uma vasta gama de instrumentos para AT2020afhd, buscando entender a natureza de sua reativação. O Observatório Neil Gehrels Swift da NASA, um satélite especializado na detecção de explosões de raios gama e outros fenômenos transientes de alta energia, iniciou um programa de monitoramento intensivo em raios-X apenas 25 dias após o rebrightening. O NICER (Neutron star Interior Composition ExploreR), instalado na Estação Espacial Internacional, e o XMM-Newton da Agência Espacial Europeia também contribuíram com observações de raios-X de alta qualidade.
Paralelamente, radiotelescópios poderosos foram mobilizados para estudar as emissões de rádio do evento. O Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), um conjunto de 27 antenas parabólicas no deserto do Novo México, detectou AT2020afhd como uma fonte pontual de rádio apenas 3 dias após a primeira detecção em raios-X, com um fluxo de 253 ± 14 microjanskys a 15,1 GHz. O Australia Telescope Compact Array (ATCA) na Austrália, a rede e-MERLIN no Reino Unido e o Very Long Baseline Array (VLBA), que abrange todo o território dos Estados Unidos, complementaram as observações, permitindo uma cobertura temporal densa e contínua.
Foi a análise combinada desses dados que revelou a surpresa: tanto a emissão de raios-X, originada na parte mais interna e quente do disco de acreção, quanto a emissão de rádio, proveniente dos jatos de partículas lançados pelo sistema, estavam variando de forma sincronizada, com um período regular de 19,6 dias. A luminosidade aumentava e diminuía em mais de uma ordem de magnitude — ou seja, o brilho do objeto variava por um fator de mais de 10 — um “pisca-pisca” cósmico de proporções monumentais que era visível a olho nu nos dados.
A Dança Sincronizada do Disco e do Jato
Essa oscilação quasi-periódica (QPO, na sigla em inglês) é a assinatura inequívoca de um movimento de precessão. Para entender este fenômeno, imagine um pião girando sobre uma mesa: à medida que perde velocidade, seu eixo de rotação começa a oscilar em um círculo, descrevendo um cone no espaço. Este movimento é chamado de precessão e ocorre sempre que um objeto em rotação está sujeito a um torque externo. No caso de AT2020afhd, o “pião” é o sistema formado pelo disco de acreção e pelo jato relativístico, e o “torque” é fornecido pela curvatura do espaço-tempo ao redor do buraco negro em rotação.
O que torna a descoberta tão notável é que ambos, o disco e o jato, estão precessando juntos, como um único corpo rígido. Este fenômeno, conhecido como coprecessão, era previsto teoricamente por simulações de magnetohidrodinâmica relativística geral (GRMHD), mas nunca havia sido observado de forma tão clara e inequívoca em um TDE. A correlação direta entre as variações de raios-X e rádio permitiu aos cientistas conectar a atividade no disco de acreção (a “fonte de alimentação”) com o comportamento do jato (a “consequência”), provando que os dois componentes estão intrinsecamente ligados por um mecanismo físico fundamental.
Para quantificar essa correlação, a equipe utilizou uma técnica estatística chamada função de correlação cruzada discreta (CCF). A análise revelou uma correlação significativa de 4,26 sigma entre as emissões de raios-X e rádio, com um pico primário em um atraso temporal de -19,0 dias. Isso significa que as variações de rádio seguem as variações de raios-X com um atraso de aproximadamente 19 dias, correspondendo exatamente ao período de precessão. Além disso, picos secundários foram encontrados em atrasos de 0 e -40 dias, correspondendo a múltiplos inteiros do período de variabilidade em raios-X. Esses achados sugerem fortemente que um mecanismo comum está regulando ambas as emissões.
O mecanismo por trás dessa dança cósmica é o efeito Lense-Thirring, também chamado de “arrasto de referenciais” (frame-dragging). Previsto pela Teoria da Relatividade Geral de Einstein em 1918, ele postula que um corpo massivo em rotação, como um buraco negro, não apenas curva o espaço-tempo ao seu redor, mas também o torce, arrastando-o consigo como um redemoinho em um rio. Se o disco de matéria que se forma a partir da estrela destruída estiver desalinhado com o equador do buraco negro — o que é esperado, dado que a estrela pode se aproximar de qualquer direção — esse arrasto do espaço-tempo exerce um torque sobre o disco, forçando-o a precessar em torno do eixo de rotação do buraco negro.
Como o jato relativístico é lançado a partir das regiões mais internas do disco, ele herda esse movimento de precessão. A observação de AT2020afhd mostra exatamente isso: o eixo do jato e o eixo do disco oscilam juntos, apontando para diferentes direções no céu ao longo do ciclo de 19,6 dias. Quando o jato aponta mais diretamente em nossa direção, seu brilho parece aumentar devido a efeitos relativísticos conhecidos como “Doppler boosting” — um fenômeno análogo ao efeito Doppler do som, mas aplicado à luz. Quando o jato se afasta de nossa linha de visão, seu brilho diminui, explicando as variações periódicas observadas.
Desvendando os Parâmetros do Sistema
A equipe de pesquisa não se limitou a detectar a coprecessão; eles também desenvolveram um modelo detalhado para explicar as observações e extrair informações sobre as propriedades físicas do sistema. Utilizando a curva de luz de raios-X e o modelo de precessão disco-jato, os cientistas conseguiram estimar parâmetros cruciais do buraco negro e de seu ambiente.
A massa do buraco negro supermassivo no centro de AT2020afhd foi determinada por dois métodos independentes, ambos convergindo para um valor de aproximadamente 5 milhões de vezes a massa do Sol (log(M_BH/M_☉) = 6,7 ± 0,5). Para colocar isso em perspectiva, este buraco negro é ligeiramente maior que Sagittarius A*, o buraco negro supermassivo no centro da nossa própria Via Láctea, que tem cerca de 4 milhões de massas solares.
Um dos resultados mais intrigantes do estudo foi a determinação do spin (velocidade de rotação) do buraco negro. Ao modelar o período de precessão observado, os pesquisadores concluíram que o parâmetro de spin adimensional, denotado por a*, está na faixa de -0,46 a 0,35. Isso indica que o buraco negro está girando relativamente devagar. Um valor de a = 0 corresponderia a um buraco negro sem rotação (buraco negro de Schwarzschild), enquanto a = 1 representaria a rotação máxima permitida pela física (buraco negro de Kerr extremo). O fato de AT2020afhd hospedar um buraco negro de baixo spin é significativo, pois sugere que ele pode ter crescido principalmente através da acreção caótica de matéria de direções aleatórias, em vez de através de fusões com outros buracos negros, que tenderiam a aumentar seu spin.
A geometria do sistema também foi determinada com precisão notável. O ângulo de observação — ou seja, o ângulo entre nossa linha de visão e o eixo de rotação do buraco negro — foi estimado em θ_obs ≈ 38,4° ± 0,6°. O ângulo de precessão do disco e do jato, que mede a inclinação do disco em relação ao equador do buraco negro, foi determinado como θ_i ≈ 14,5° ± 0,5°. Finalmente, o fator de Lorentz do jato, que quantifica quão próximo da velocidade da luz as partículas no jato estão se movendo, foi estimado em Γ ≈ 1,2 a 1,6. Isso indica um jato “mildly relativistic”, ou seja, com velocidades significativas, mas não extremas.
Implicações Científicas: Uma Nova Era para a Física de Buracos Negros
A detecção da coprecessão disco-jato em AT2020afhd transcende a simples confirmação de uma teoria. Ela inaugura uma nova era de estudos sobre a física dos buracos negros e os fenômenos mais energéticos do universo. A importância desta descoberta pode ser compreendida em múltiplos níveis.
Primeiramente, esta é a evidência mais forte até hoje de que os jatos relativísticos em TDEs são alimentados e moldados pela dinâmica do disco de acreção interno. A sincronia perfeita entre as emissões de rádio (do jato) e de raios-X (do disco) estabelece uma conexão causal direta, resolvendo um debate de longa data sobre a origem e o acoplamento desses dois componentes. Antes desta descoberta, a precessão de disco e a precessão de jato haviam sido observadas separadamente em diferentes sistemas astrofísicos, como quasares e sistemas binários de raios-X, mas nunca de forma sincronizada em um único objeto. A descoberta demonstra que o monitoramento de rádio de alta cadência é uma ferramenta transformadora para sondar a física dos discos de acreção, uma capacidade que até agora era subutilizada no estudo de TDEs.
Em segundo lugar, a observação fornece um laboratório cósmico para testar a Relatividade Geral em um regime de campo gravitacional forte, onde seus efeitos são mais pronunciados. A precessão de Lense-Thirring é uma previsão sutil e difícil de medir diretamente. Experimentos terrestres e em órbita da Terra, como a missão Gravity Probe B da NASA, detectaram o efeito com precisão, mas em um regime de campo gravitacional extremamente fraco. Em AT2020afhd, estamos observando o efeito em um ambiente onde a gravidade é bilhões de vezes mais intensa, fornecendo um teste complementar e crucial da teoria de Einstein. A confirmação do efeito Lense-Thirring em AT2020afhd reforça a validade da Relatividade Geral para descrever a estrutura do espaço-tempo ao redor de buracos negros em rotação.
Ao modelar o período de precessão, os cientistas puderam impor restrições aos parâmetros do buraco negro, como seu spin. Essa capacidade de medir as propriedades fundamentais de buracos negros a partir da observação de seus efeitos no ambiente circundante é um passo crucial para a chamada “gravitometria de buracos negros”, um campo emergente que busca caracterizar a população de buracos negros no universo através de suas assinaturas observacionais.
Finalmente, a descoberta tem implicações profundas para a nossa compreensão da evolução dos buracos negros supermassivos e sua interação com as galáxias hospedeiras. Os TDEs e os jatos que eles produzem injetam enormes quantidades de energia e momento no meio interestelar, um processo conhecido como “feedback de AGN” (Active Galactic Nucleus). A precessão do jato, como a observada em AT2020afhd, significa que essa energia não é depositada em uma única direção, mas sim varrida através de um cone largo, influenciando uma região muito maior da galáxia hospedeira do que um jato estacionário faria.
Entender como essa energia é distribuída é fundamental para os modelos de formação e evolução de galáxias, pois esse feedback pode regular o crescimento do próprio buraco negro e a formação de novas estrelas na galáxia. Modelos cosmológicos modernos dependem criticamente do feedback de buracos negros para explicar por que as galáxias mais massivas não são ainda mais massivas do que observamos. A observação de AT2020afhd fornece, portanto, uma peça essencial para o quebra-cabeça de como os buracos negros no centro das galáxias coevoluem com elas ao longo do tempo cósmico.
O Contexto Mais Amplo: AT2020afhd Entre os TDEs
Para apreciar plenamente a singularidade de AT2020afhd, é útil compará-lo com outros eventos de disrupção de maré conhecidos. Desde a primeira detecção de um TDE candidato na década de 1990, centenas de eventos foram descobertos, principalmente por levantamentos de grande campo como o ZTF, o ASAS-SN e, mais recentemente, o eROSITA. No entanto, apenas uma pequena fração desses eventos — talvez 1% — produz jatos relativísticos detectáveis em rádio. Esses “TDEs com jatos” são particularmente valiosos porque oferecem uma janela direta para os processos de lançamento de jatos, um dos problemas mais importantes e menos compreendidos da astrofísica.
O estudo comparou AT2020afhd com outros TDEs com detecção precoce de rádio, incluindo Swift J1644+57, AT2022cmc, ASASSN-14li e AT2019azh. Notavelmente, AT2020afhd exibiu variações de rádio de alta amplitude em escalas de tempo curtas (dezenas de dias) que não foram observadas em nenhum outro TDE até o momento. Enquanto outros TDEs com jatos mostraram variabilidade de rádio em escalas de tempo de centenas de dias, AT2020afhd é o primeiro a revelar esse “batimento cardíaco” rápido e regular. Isso sugere que AT2020afhd pode representar uma classe previamente não identificada de TDEs de rádio, caracterizada por monitoramento de alta cadência que revela variabilidade de curto prazo.
A natureza exata do evento de rebrightening de 2024 também permanece um tópico de investigação ativa. Inicialmente classificado como um TDE com base em suas cores ópticas azuis, forte fluxo UV e amplas linhas de emissão de Balmer e He II, AT2020afhd foi posteriormente reclassificado como um “Bowen Fluorescence Flare” (BFF) com base nas larguras de suas linhas de emissão. No entanto, ao contrário dos BFFs típicos, que mostram emissões ópticas, UV e de raios-X relativamente estáveis a longo prazo, AT2020afhd exibiu um declínio significativo em todas essas bandas ao longo de cerca de um ano. Esse comportamento se alinha mais de perto com o que é tipicamente visto em TDEs, deixando a classificação final do evento em aberto e destacando a diversidade e complexidade desses fenômenos transientes.
Conclusão e Perspectivas Futuras
A observação da coprecessão disco-jato em AT2020afhd representa um marco na astrofísica moderna. Ao capturar o “bamboleio” sincronizado de um disco de matéria e de um jato relativístico em torno de um buraco negro, os cientistas não apenas confirmaram uma previsão fundamental da Teoria da Relatividade Geral de Einstein, mas também desvendaram uma nova e poderosa maneira de investigar os ambientes mais extremos do universo. A descoberta, fruto de uma colaboração global e do uso coordenado de múltiplos observatórios em diferentes comprimentos de onda, destaca a importância da astronomia de multi-comprimento de onda e de alta cadência para capturar fenômenos transientes e dinâmicos.
Olhando para o futuro, esta pesquisa abre caminhos promissores em várias frentes. A equipe continuará a monitorar AT2020afhd para ver como o ciclo de precessão evolui ao longo do tempo. Após cerca de 250 dias do rebrightening, as observações indicaram que as variações quasi-periódicas de 19,6 dias desapareceram e a emissão de rádio enfraqueceu, tornando-se anticorrelacionada com a emissão de raios-X. Entender essa transição pode fornecer informações valiosas sobre a estrutura do disco de acreção e as propriedades do buraco negro central, bem como sobre os mecanismos que eventualmente “desligam” a coprecessão.
Além disso, os astrônomos agora sabem o que procurar em outros TDEs. A busca por sinais periódicos semelhantes em outros eventos de disrupção de maré pode revelar se a coprecessão disco-jato é um fenômeno comum ou raro, permitindo um censo das propriedades, como o spin, da população de buracos negros supermassivos “adormecidos” nos centros das galáxias. Os autores do estudo propõem usar variações moduladas de raios-X como gatilhos para acompanhamentos de rádio de alta cadência, uma estratégia que visa expandir eficientemente a amostra de TDEs com coprecessão detectada.
Com a próxima geração de observatórios, como o Vera C. Rubin Observatory, que iniciará seu Legacy Survey of Space and Time (LSST) em breve, e o Square Kilometre Array (SKA), o maior radiotelescópio do mundo atualmente em construção, espera-se que a descoberta de TDEs aumente drasticamente. Esses instrumentos irão varrer o céu com uma sensibilidade e cadência sem precedentes, potencialmente detectando milhares de TDEs por ano. A história de AT2020afhd é, portanto, provavelmente apenas o primeiro capítulo de uma nova e excitante narrativa sobre a dança íntima e violenta entre estrelas e buracos negros, uma narrativa que promete revelar os segredos mais profundos da gravidade e da matéria nos confins do universo.
Referências
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