Por que e como os buracos negros ejetam jatos de matéria?

Buracos negros estelares, esses monstros cósmicos nascidos do colapso de estrelas massivas, desempenham um papel fundamental na dinâmica das galáxias. Um estudo japonês recente esclarece os mecanismos por trás de seus poderosos jatos de plasma. 

A borda interna do disco de gás se aproxima rapidamente da órbita circular estável mais próxima (ISCO) perto do buraco negro estelar, desencadeando a erupção de um jato de plasma. O jato continua até que a borda interna pare de se mover. Crédito: T. Kawaguchi (Universidade de Toyama) e K. Yamaoka (Universidade de Nagoya)

Esses jatos, observados por mais de um século, permaneceram enigmáticos até que uma equipe internacional, liderada pelo professor Kazutaka Yamaoka, decifrou sua formação. Publicado em Publicações da Sociedade Astronômica do Japão , seu trabalho mostra que esses fenômenos ocorrem quando o disco de acreção ao redor do buraco negro se contrai repentinamente.

O estudo se concentrou em um sistema binário composto por um buraco negro e uma estrela semelhante ao Sol. Os pesquisadores analisaram dados de raios X e rádio, revelando que os jatos aparecem quando o raio interno do disco atinge a ISCO, a órbita circular estável mais próxima. Esta descoberta contradiz modelos teóricos que pressupõem condições estáticas.

Os jatos influenciam a formação de estrelas e distribuem energia por todo o Universo. Entendê-los abre novas perspectivas sobre a evolução das galáxias e a física dos buracos negros. Os pesquisadores agora planejam aplicar esses resultados a buracos negros supermassivos.

Esta pesquisa destaca a importância das condições dinâmicas na formação de jatos. As alterações observadas nos raios X, com aumento de raios X moles, estão diretamente relacionadas ao movimento do disco de acreção. Essas observações agora permitem prever com mais precisão o aparecimento de jatos.

A borda interna do disco de gás se aproxima rapidamente do ISCO perto do buraco negro estelar, desencadeando a erupção de um jato de plasma. O jato para quando o movimento da borda interna para. Crédito: T. Kawaguchi (Universidade de Toyama) e K. Yamaoka (Universidade de Nagoya)

O professor Yamaoka ressalta que esses mecanismos podem ser universais, aplicando-se tanto a buracos negros estelares quanto supermassivos. Entretanto, o estudo destes últimos apresenta problemas adicionais devido à sua evolução mais lenta e à dificuldade de mensuração de suas estruturas internas.

O que é um disco de acreção?

Um disco de acreção é uma estrutura formada por matéria orbitando um objeto central massivo, como um buraco negro. Esse material, principalmente gás e poeira, é atraído pela gravidade do objeto central e se acumula em um disco fino e quente.

O disco de acreção é o local de fenômenos físicos extremos, onde a matéria pode atingir temperaturas de vários milhões de graus. Esse calor intenso causa a emissão de raios X, que são detectáveis ​​da Terra. 

A dinâmica do disco de acreção é crucial para entender como os buracos negros crescem e como eles podem ejetar jatos de material. A rotação diferencial do disco, onde as partes internas giram mais rápido que as externas, gera atrito que aquece o material. 

O estudo de discos de acreção também permite testar as teorias da relatividade geral de Einstein, particularmente em ambientes de gravidade extrema perto de buracos negros.

 Por que os jatos de plasma são importantes?

Jatos de plasma ejetados por buracos negros estão entre os fenômenos mais energéticos do Universo. Eles podem abranger milhares de anos-luz e influenciar a formação de estrelas em galáxias.

Esses jatos transportam energia e matéria a velocidades próximas à da luz. Eles desempenham um papel fundamental na redistribuição de matéria e energia no Universo, afetando assim a evolução das galáxias.

Os jatos também servem como marcadores para localizar buracos negros distantes. O estudo permite que os astrônomos entendam melhor as propriedades dos buracos negros, como sua massa e rotação.

Os jatos de plasma também fornecem uma janela única para os processos físicos extremos que ocorrem perto dos buracos negros, onde as leis da física são levadas ao limite.

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