Respondendo a perguntas antigas sobre jatos de buracos negros
A única coisa que todos sabem
sobre os buracos negros é que absolutamente tudo o que está próximo é sugado
para dentro deles. Quase tudo, ao que parece.
O buraco negro M87* (o asterisco designa o buraco negro no meio da galáxia M87)
chamou a atenção do mundo quando foi detectado pela primeira vez pelo Event
Horizon Telescope. Desde então, os astrofísicos de Princeton descobriram que o
campo magnético torcido em torno de um buraco negro determina a espiral de
polarização reveladora observada nas imagens de buracos negros. Em particular,
a direção do fluxo de energia (do buraco para o campo ou vice-versa) determina
como a polarização se torce. Medindo em que direção a polarização gira, pode-se
inferir se o campo magnético está extraindo energia de spin do buraco ou
bombeando energia de spin para ele. Crédito: Modelo de Andrew Chael, George
Wong, Alexandru Lupsasca e Eliot Quataert, Princeton Gravity Initiative
"Mesmo
que os buracos negros sejam definidos como objetos dos quais nada pode escapar,
uma das previsões surpreendentes da teoria da relatividade de Einstein é que os
buracos negros podem realmente perder energia", diz o astrofísico Eliot
Quataert, Charles A. Young Professor de Astronomia de Princeton no Turma da
Fundação 1897. "Eles podem girar e, assim como um pião desacelera com o
tempo e perde essa energia em sua rotação, um buraco negro em rotação também
pode perder energia para o seu entorno."
Os
cientistas aceitaram amplamente este modelo desde a década de 1970. Eles sabiam
que os campos magnéticos provavelmente extraíam energia de buracos negros em
rotação – só não sabiam como.
Uma
equipe de astrofísicos de Princeton determinou agora conclusivamente que a
energia próxima do horizonte de eventos do buraco negro M87* está a empurrar
para fora, e não para dentro. (M87 é o nome da galáxia, Messier 87, por isso o
buraco negro no seu centro é designado M87*.) Os investigadores também criaram
uma forma de testar a previsão de que os buracos negros perdem energia
rotacional, disse Quataert, e de estabelecer a sua aquela energia que produz
"os fluxos incrivelmente poderosos que vemos e que chamamos de
jatos".
Esses
jatos de saída de energia “são basicamente como sabres de luz Jedi com um
milhão de anos-luz de comprimento”, disse Alexandru Lupsasca, ex-pós-doutorado
em Princeton, e podem se estender 10 vezes mais do que a galáxia da Via Láctea.
Um
modelo simples de buraco negro. Crédito: Andrew Chael, George Wong, Alexandru
Lupsasca e Eliot Quataert, Princeton Gravity Initiative
Os resultados do seu trabalho aparecem na edição atual do The Astrophysical Journal . Andrew Chael, pesquisador associado em astrofísica, é o primeiro autor do artigo. Ele e o coautor George Wong são membros da equipe do Event Horizon Telescope e desempenharam um papel fundamental no desenvolvimento dos modelos usados para interpretar buracos negros. Chael, Wong, Lupsasca e Quataert são todos teóricos afiliados à Princeton Gravity Initiative.
A
equipe deu crédito a Chael pela visão vital no cerne do novo artigo: que a
direção na qual as linhas do campo magnético estão espiralando revela a direção
do fluxo de energia. A partir disso, “o resto se encaixou”, disse Quataert.
"Se você pegar a Terra, transformar tudo em TNT e explodi-la 1.000 vezes por segundo durante milhões e milhões de anos, essa é a quantidade de energia que estamos obtendo do M87", disse Wong, pesquisador associado do da Princeton Gravity Initiative e membro do Institute for Advanced Study.
Os
cientistas sabem há décadas que, quando um buraco negro começa a girar, ele
arrasta consigo a estrutura do espaço-tempo. As linhas do campo magnético que
passam pelo buraco negro são arrastadas e isso retarda a rotação, levando à
liberação de energia.
"Nossa
nova e precisa previsão é que sempre que você olhar para um buraco negro
astrofísico, se ele tiver linhas de campo magnético ligadas a ele, haverá
transferência de energia - quantidades verdadeiramente insanas de transferência
de energia", disse Lupsasca, ex-pesquisador associado da Princeton, que
agora é professor assistente de física e matemática na Universidade Vanderbilt,
e que ganhou o prêmio New Horizons in Physics 2024 da Breakthrough Prize
Foundation por sua pesquisa sobre buracos negros.
Embora
o fluxo de energia próximo ao horizonte de eventos de M87* esteja fluindo para
fora, a equipe disse que o fluxo de energia poderia, teoricamente, ir para
dentro em um buraco negro diferente. Eles estão confiantes na sua ligação entre
o fluxo de energia e a direção das linhas do campo magnético , e a sua previsão
de que o fluxo de energia vem do buraco negro será testada com o lançamento do
ainda teórico Telescópio Event Horizon de "próxima geração".
Uma simulação de supercomputador 3D do M87*. Crédito: Andrew Chael, George Wong, Alexandru Lupsasca e Eliot Quataert, Princeton Gravity Initiative
Durante
o último ano e meio, investigadores de buracos negros em todo o mundo têm
proposto especificações para o futuro instrumento, disse Wong. "Artigos
como o nosso podem desempenhar um papel crucial na determinação do que
precisamos. Acho que é um momento incrivelmente emocionante."
Os quatro investigadores sublinharam no seu artigo que não demonstraram conclusivamente que a rotação do buraco negro “realmente alimenta o jacto extragaláctico”, embora a evidência certamente se incline nessa direcção. Embora os níveis de energia que o seu modelo mostra sejam proporcionais às necessidades dos jatos, eles não puderam descartar a possibilidade de o jato poder ser alimentado por plasma rotativo fora do buraco negro.
“Acho que é
extremamente provável que o buraco negro alimente o jato, mas não podemos
provar isso”, disse Lupsasca. "Ainda."
Fonte: phys.org
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