Buracos negros expelem jatos poderosos que abrangem milhões de anos-luz. Estamos tentando entender todo o seu ciclo de vida

Há um buraco negro supermassivo no centro de quase todas as grandes galáxias — incluindo a nossa, a Via Láctea (chamada Sagitário A* ). Buracos negros supermassivos são os objetos mais densos do universo, com massas que chegam a bilhões de vezes a do sol. 

Crédito: Pixabay/CC0 Domínio Público 

Às vezes, o buraco negro supermassivo de uma galáxia "acorda" devido a um influxo repentino de gás e poeira, provavelmente fornecido por uma galáxia vizinha. Ele começa a consumir muito gás e poeira próximos. Este não é um processo calmo, lento ou passivo. À medida que o buraco negro puxa o material, o material fica superaquecido em uma escala de milhões de graus, muito mais quente do que a temperatura da superfície do nosso sol, e é ejetado da galáxia em velocidades próximas à da luz. Isso cria jatos poderosos que parecem fontes no cosmos. 

A matéria de plasma acelerada de alta velocidade faz com que essas "fontes" emitam sinais de rádio que só podem ser detectados por radiotelescópios muito poderosos. Isso lhes dá o nome: radiogaláxias . Enquanto buracos negros são comuns, radiogaláxias não são. Apenas entre 10% e 20% de todas as galáxias exibem esse fenômeno. 

Galáxias de rádio gigantes são ainda menos comuns. Elas representam apenas 5% de todas as galáxias de rádio e recebem esse nome pelo fato de atingirem distâncias enormes. Os jatos de algumas galáxias de rádio alcançam quase 16 milhões de anos-luz . (Isso é quase seis vezes a distância entre a Via Láctea e a galáxia de Andrômeda.) O maior jato descoberto abrange quase 22 milhões de anos-luz de diâmetro . 

Mas como essas estruturas cobrem distâncias tão enormes? Para descobrir, liderei um estudo no qual usamos supercomputadores modernos para desenvolver modelos que simulavam o comportamento de jatos cósmicos gigantes dentro de um universo simulado, construído com base em leis físicas fundamentais que governam o cosmos. 

Isso nos permitiu observar como os jatos de rádio se propagam ao longo de centenas de milhões de anos — um processo impossível de rastrear diretamente no universo real. Essas simulações sofisticadas fornecem insights mais profundos sobre o ciclo de vida das galáxias de rádio, destacando as diferenças entre seus estágios iniciais e compactos e suas formas posteriores e expansivas. 

Entender a evolução das radiogaláxias nos ajuda a desvendar os processos mais amplos que moldam o universo.

Supercomputação

Tecnologia de ponta foi fundamental para este estudo. 

Observações sensíveis de radiotelescópios de classe mundial, como o MeerKAT da África do Sul e o LOFAR da Holanda, levaram recentemente a várias descobertas de fontes cósmicas. No entanto, modelar suas origens tem sido desafiador. Rastrear eventos ao longo de milhões de anos é impossível em tempo real. 

É aí que entram os supercomputadores. Esses sistemas de computação de alto desempenho são projetados para processar quantidades massivas de dados. Eles podem executar simulações complexas em velocidades incríveis. Neste estudo, seu poder foi crucial para modelar a evolução de jatos de rádio gigantes ao longo de milhões de anos. 

O poder de supercomputação necessário foi fornecido pelo Instituto Interuniversitário de Astronomia de Dados da África do Sul , uma rede que compreende a Universidade de Pretória, a Universidade da Cidade do Cabo e a Universidade do Cabo Ocidental. 

Nosso universo é governado por forças fundamentais como a gravidade, que podem ser descritas por meio de fórmulas matemáticas . Essas fórmulas, essencialmente números, são alimentadas em supercomputadores para criar um "universo fictício" simulado que segue as mesmas leis físicas do cosmos real. Isso permite que os cientistas experimentem como os jatos de buracos negros supermassivos evoluem ao longo do tempo. Com seu imenso poder de processamento, os supercomputadores podem simular milhões de anos de evolução de jatos cósmicos em apenas um mês.

Principais conclusões

A gravidade é a força dominante no universo, puxando matéria mais pesada e arrastando matéria mais leve próxima. Se a gravidade fosse a única força em jogo, o universo poderia ter entrado em colapso agora. No entanto, vemos galáxias, aglomerados de galáxias e até mesmo a própria vida prosperando. Suspeitamos que essas fontes cósmicas desempenham um papel fundamental na solução do mistério de como isso acontece. 

Ao liberar energia térmica e mecânica, eles aquecem o gás em colapso ao redor, neutralizando a gravidade e mantendo um equilíbrio que sustenta as estruturas cósmicas. 

Nossos modelos também esclarecem por que os jatos de algumas radiogaláxias se curvam bruscamente, formando um "X" nas ondas de rádio em vez de seguir uma trajetória reta, e revelaram as condições sob as quais fontes gigantes podem continuar crescendo mesmo em ambientes cósmicos densos (ou seja, em um aglomerado de galáxias). 

O estudo também sugere que as radiogaláxias gigantes podem ser estatisticamente mais comuns do que se acreditava anteriormente. Há potencialmente milhares de fontes cósmicas gigantes não descobertas. Graças a telescópios de classe mundial como MeerKAT e LOFAR — e ao poder dos supercomputadores — há muito mais para explorar enquanto tentamos entender nosso universo.

Phys.org