Cientistas revelam uma fonte de energia oculta dentro de um colossal buraco negro.
Descoberta de jatos misteriosos Um século antes da colaboração do Event Horizon Telescope revelar a primeira imagem de um buraco negro em 2019 – localizado no centro da galáxia M87 – o astrônomo Heber Curtis já havia percebido algo incomum: um jato estreito emergindo do núcleo da galáxia. Hoje, sabemos que esse jato misterioso se…
Descoberta de jatos misteriosos
Um século antes da colaboração do Event Horizon Telescope revelar a primeira imagem de um buraco negro em 2019 – localizado no centro da galáxia M87 – o astrônomo Heber Curtis já havia percebido algo incomum: um jato estreito emergindo do núcleo da galáxia. Hoje, sabemos que esse jato misterioso se origina do buraco negro conhecido como M87*. Jatos de alta velocidade semelhantes são produzidos por outros buracos negros também. Agora, astrofísicos teóricos da Universidade Goethe criaram um modelo computacional altamente preciso que explica como os buracos negros convertem sua energia rotacional nesses poderosos fluxos cósmicos.
O mistério da galáxia M87
Durante quase 200 anos, os cientistas não perceberam que a mancha brilhante na constelação de Virgem – descrita por Charles Messier em 1781 como “87: Nebulosa sem estrelas” – era, na verdade, uma galáxia massiva. Por causa disso, o estranho jato que Curtis detectou em 1918 permaneceu um enigma por décadas.
O buraco negro supermassivo M87*
No núcleo dessa enorme galáxia reside o buraco negro supermassivo M87*, que contém cerca de seis bilhões e quinhentos milhões de vezes a massa do Sol e gira rapidamente. Essa rotação alimenta um jato de partículas carregadas que viajam quase à velocidade da luz, estendendo-se por cerca de 5.000 anos-luz no espaço. Jatos como este não apenas liberam enormes quantidades de energia e matéria no cosmos, mas também moldam a evolução das próprias galáxias.
Desenvolvimento do código FPIC
sob a liderança do Professor Luciano Rezzolla, a equipe da Universidade Goethe Frankfurt desenvolveu uma nova estrutura computacional chamada código de partículas em células para espaços-tempos de buracos negros (FPIC). Esta ferramenta permite que os cientistas simulem, com detalhes excepcionais, como a energia rotacional de um buraco negro se transforma em um jato relativístico. A pesquisa sugere que, além do bem-conhecido mecanismo de Blandford-Znajek – onde campos magnéticos extraem energia rotacional de um buraco negro – outro processo desempenha um papel importante: a reconexão magnética. Neste fenômeno, as linhas de campo magnético se rompem e se reconectam, liberando energia na forma de calor, radiação e rajadas de plasma.
Simulações detalhadas
Utilizando o código FPIC, os pesquisadores simularam inúmeras partículas carregadas e campos eletromagnéticos extremos dentro da intensa gravidade do buraco negro. Dr. Claudio Meringolo, principal desenvolvedor do código, explica: “Simular tais processos é crucial para entender a dinâmica complexa de plasmas relativísticos em espaços-tempos curvados próximos a objetos compactos, que são governados pela interação de campos gravitacionais e magnéticos extremos.”
Exigências computacionais
Executar essas simulações exigiu um imenso poder computacional – milhões de horas de CPU nos supercomputadores “Goethe” em Frankfurt e “Hawk” em Estugarda. Essa capacidade de processamento foi vital para resolver as equações de Maxwell e o movimento de elétrons e pósitrons dentro da estrutura da relatividade geral de Einstein.
Resultados e implicações
Os cálculos da equipe revelaram uma reconexão magnética vigorosa na região equatorial do buraco negro, criando uma cadeia de plasmóides – aglomerados de plasma que se assemelham a “bolhas” energéticas – que viajam a quase velocidade da luz. As simulações também mostraram que essa atividade produz partículas com energia negativa, que ajudam a impulsionar eventos astrofísicos extremos, como jatos e erupções de plasma.
Novas perspectivas na astrofísica
“Nossos resultados abrem a fascinante possibilidade de que o mecanismo de Blandford-Znajek não seja o único processo astrofísico capaz de extrair energia rotacional de um buraco negro,” diz Dr. Filippo Camilloni, que também trabalhou no projeto FPIC, “mas que a reconexão magnética também contribui.”
“Com nosso trabalho, podemos demonstrar como a energia é extraída de forma eficiente de buracos negros rotativos e canalizada em jatos,” diz Rezzolla. “Isso nos permite ajudar a explicar as luminosidades extremas dos núcleos galácticos ativos, bem como a aceleração de partículas a quase a velocidade da luz.” Ele acrescenta que é incrivelmente empolgante e fascinante entender melhor o que acontece perto de um buraco negro usando códigos numéricos sofisticados. “Ao mesmo tempo, é ainda mais gratificante poder explicar os resultados dessas simulações complexas com um tratamento matemático rigoroso – como fizemos em nosso trabalho.”
