Estrela M31-2014-DS1 colapsa diretamente em um buraco negro

M31-2014-DS1 é uma estrela supergigante massiva, empobrecida em hidrogênio, na Galáxia de Andrômeda, que brilhou no infravermelho médio em 2014 e depois enfraqueceu dramaticamente em fatores de mais de 10.000 em luz óptica até 2023, tornando-se indetectável. Observações indicam que seu núcleo colapsou diretamente em um buraco negro de massa estelar em um evento de supernova falhada, deixando um brilho infravermelho tênue proveniente da poeira e do gás circundantes. Este "unicórnio astronômico" fornece o registro observacional mais forte até agora de uma estrela ignorando uma explosão cataclísmica para entrar em seu estado evolutivo final.

A descoberta, publicada na revista Science em 12 de fevereiro de 2026, ocorreu por acaso durante um amplo estudo da Galáxia de Andrômeda. O autor principal e astrofísico Kishalay De, professor na Universidade de Columbia e pesquisador no Flatiron Institute, inicialmente pretendia estudar estrelas sob luz infravermelha. Em vez disso, sua equipe encontrou um objeto estelar incomum que brilhou antes de escurecer até a invisibilidade total, desencadeando uma investigação de uma década sobre a natureza da morte estelar e a formação de buracos negros.

Por que esta estrela não explodiu como uma supernova e formou um buraco negro?

A estrela não explodiu como uma supernova porque sua onda de choque impulsionada por neutrinos era fraca demais para ejetar o envelope externo, fazendo com que o núcleo colapsasse para dentro sob a gravidade. Como uma estrela empobrecida em hidrogênio com uma massa inicial de cerca de 13 massas solares, ela experimentou a cessação da fusão nuclear, levando a uma implosão direta em um buraco negro sem a explosão típica de supernova. Este fenômeno é frequentemente referido pelos astrônomos como uma "supernova falhada".

Modelos padrão de evolução estelar sugerem que estrelas massivas devem terminar suas vidas em uma explosão deslumbrante conhecida como supernova, que dispersa elementos pesados pelo cosmos. No entanto, no caso da M31-2014-DS1, a pressão interna gerada pelo núcleo foi insuficiente para superar a imensa atração gravitacional de sua própria massa. Em vez de uma explosão violenta para fora, as camadas da estrela foram essencialmente engolidas pela singularidade em formação, um processo que desafia nosso censo atual de quantos buracos negros existem no universo local.

De acordo com De, a estrela exibiu o que ele descreve como um "último suspiro" antes de seu desaparecimento. À medida que a estrela se aproximava do fim, ela descartou suas camadas externas, criando um aumento temporário de brilho no espectro infravermelho. Esta assinatura específica — um brilho infravermelho seguido por um apagão óptico total — serve agora como um roteiro para identificar outras estrelas passando por colapso direto em um buraco negro sem os fogos de artifício tradicionais de uma supernova.

Como os pesquisadores confirmaram o desaparecimento de M31-2014-DS1?

Os pesquisadores utilizaram dados de arquivo de longo prazo da missão NEOWISE da NASA e do Telescópio Espacial Hubble para rastrear a súbita transição da estrela de uma supergigante visível para um objeto desaparecido. Ao analisar uma década de registros infravermelhos e ópticos, eles conseguiram descartar teorias alternativas, como o obscurecimento estelar por nuvens de poeira em movimento. Os dados mostraram uma perda permanente de luminosidade em múltiplos comprimentos de onda, confirmando um colapso estrutural total.

O estudo aproveitou a proximidade da Galáxia de Andrômeda, localizada a aproximadamente 2,5 milhões de anos-luz da Terra. Como a galáxia é nossa vizinha mais próxima, as observações foram significativamente mais brilhantes e fáceis de examinar do que candidatos anteriores a supernovas falhadas. Essa proximidade permitiu que a equipe montasse uma história abrangente da estrela, que Daniel Holz, astrofísico da Universidade de Chicago, comparou a encontrar "fotos de bebê" de um evento cósmico após o ocorrido.

• NEOWISE da NASA: Forneceu dados críticos no infravermelho médio mostrando as assinaturas térmicas finais da estrela.
• Telescópio Espacial Hubble: Confirmou a ausência da estrela em luz visível após 2023.
• Observatórios terrestres: Monitoraram a Galáxia de Andrômeda em busca de mudanças repentinas nas populações estelares.

A metodologia focou no brilho infravermelho associado ao descarte do envelope da estrela. Ao procurar por essas assinaturas "falhas" em vez dos flashes brilhantes das supernovas tradicionais, a equipe descobriu que poderia identificar formações de buracos negros que, de outra forma, passariam despercebidas. Essa mudança na metodologia sugere que muitos buracos negros podem estar escondidos à vista de todos, tendo se formado silenciosamente ao longo da história da galáxia.

As observações do JWST confirmarão a formação do buraco negro?

As observações do JWST não foram confirmadas oficialmente como parte das descobertas publicadas, embora os instrumentos infravermelhos de alta sensibilidade do telescópio sejam ideais para detectar qualquer brilho térmico remanescente. Embora as evidências atuais do NEOWISE e do Hubble forneçam um forte suporte indireto para um buraco negro, a confirmação direta através da detecção de um disco de acreção ou calor residual do gás circundante continua sendo um objetivo para estudos futuros. O Telescópio Espacial James Webb poderia fornecer a prova definitiva necessária para encerrar o caso.

O papel do Telescópio Espacial James Webb (JWST) neste campo é transformador, pois sua capacidade de espiar através da poeira cósmica permite que os cientistas vejam o que os telescópios ópticos não conseguem. Para a M31-2014-DS1, o JWST poderia potencialmente detectar as "brasas moribundas" da estrela — o calor tênue irradiado pelo gás e poeira que não caíram no horizonte de eventos. Encontrar essa assinatura infravermelha específica forneceria uma visão sem precedentes do rescaldo imediato de um evento de colapso direto.

Apesar da falta de dados atuais do JWST no relatório inicial, a comunidade científica permanece otimista. A natureza fortuita da descoberta significa que as coordenadas da M31-2014-DS1 são agora alvos de alta prioridade para imageamento de espaço profundo. Confirmar a existência de um buraco negro de massa estelar silencioso onde antes existia uma estrela massiva validaria décadas de física teórica em relação aos limites de massa da estabilidade estelar.

Quais são as implicações mais amplas para a evolução dos buracos negros?

Esta descoberta sugere que o panorama de estrelas capazes de se transformar em buracos negros é muito mais amplo do que o anteriormente previsto pela comunidade científica. Descobriu-se que a M31-2014-DS1 tinha aproximadamente cinco vezes a massa do Sol no momento de sua morte — cerca de metade do tamanho que os modelos atuais nominalmente esperam para um candidato a colapso direto. Esta descoberta implica que estrelas menores e menos massivas também podem estar ignorando a fase de supernova.

As implicações para os modelos de evolução estelar são significativas. Se uma porcentagem maior de estrelas colapsar diretamente em buracos negros, isso explica o problema da "supernova ausente", onde os astrônomos observam menos explosões do que o número de estrelas massivas desaparecendo de vista sugeriria. Isso também significa que a população total de buracos negros em galáxias como a Via Láctea e Andrômeda pode ser significativamente maior do que o estimado anteriormente.

Pesquisas futuras focarão agora em identificar mais desses "unicórnios astronômicos" em galáxias próximas. Ao monitorar o espectro infravermelho em busca de clarões súbitos seguidos de um escurecimento permanente, os astrofísicos esperam construir um censo mais preciso dos objetos mais misteriosos do universo. Como observou Kishalay De, esta pesquisa "nos aponta para um método completamente novo de identificar o desaparecimento de estrelas", garantindo que o nascimento silencioso de um buraco negro não passará mais despercebido.