Aqui está a simulação mais fiel de um buraco negro até à data

Os buracos negros, esses objetos cósmicos dos quais nem mesmo a luz consegue escapar, permanecem, por definição, invisíveis aos nossos olhos. Como então compreender o seu comportamento? Uma equipa de astrofísicos deu um passo gigantesco ao criar as simulações mais detalhadas até à data da matéria a cair num buraco negro.

Primeiras simulações da acreção de buracos negros incluindo a relatividade geral e a radiação, reproduzindo comportamentos observados no Universo. Crédito: Stock 

Publicado na The Astrophysical Journal, este estudo usa supercomputadores de última geração para modelar a acreção com uma física completa, incluindo a relatividade geral e a radiação. É assim que, pela primeira vez, os comportamentos observados no Universo são reproduzidos fielmente, oferecendo uma janela para fenômenos antes inacessíveis.

Este sucesso exigiu o acesso a máquinas exascale como a Frontier e a Aurora. Estes computadores, que ocupam salas inteiras, podem realizar quintiliões de operações por segundo. Além disso, os investigadores desenvolveram algoritmos inovadores que resolvem diretamente as equações sem recorrer a aproximações simplificadoras, o que marca um avanço técnico significativo.

Enquanto os modelos anteriores tratavam frequentemente a radiação como um fluido, o que não correspondia à sua realidade, a nova abordagem considera-a como ela é. Esta precisão é fundamental perto do horizonte dos buracos negros, onde o espaço-tempo é deformado e as interações são fortes, permitindo uma representação mais exata dos processos físicos.

Secção transversal de um buraco negro em acreção mostrando a densidade do gás, com um disco térmico estável apesar da turbulência. Crédito: Zhang et al. (2025)

Estas simulações concentram-se em buracos negros de massa estelar, aproximadamente dez vezes mais massivos que o Sol. Elas revelam a formação de discos turbulentos, ventos poderosos e jatos. De facto, os resultados alinham-se perfeitamente com os dados espectrais das observações, oferecendo uma validação sólida para interpretar estes objetos distantes com mais confiança.

Posteriormente, a equipa planeia estender este modelo aos buracos negros supermassivos, que influenciam a evolução das galáxias. Adaptar os cálculos a diferentes temperaturas e densidades abrirá novas perspetivas.

Este sucesso é o fruto de anos de trabalho em matemática aplicada e programação, envolvendo colaboradores de várias instituições. Um membro da equipa indica que a próxima etapa é tirar pleno proveito das descobertas científicas emergentes, o que poderá transformar a nossa compreensão dos sistemas de acreção.

Comportamento do gás e dos campos magnéticos em torno de um buraco negro em rotação rápida, com um jato guiado por campos em espiral. Crédito: Zhang et al. (2025)

Os discos de acreção: o que torna os buracos negros "brilhantes"

Os discos de acreção são estruturas de matéria que giram em torno dos buracos negros, formadas quando gás e poeira são atraídos pela sua intensa gravidade. Este processo gera enormes quantidades de energia sob a forma de radiação, o que torna os buracos negros visíveis indiretamente a partir da Terra. Sem estes discos, estes objetos permaneceriam completamente negros e indetetáveis. 

A formação destes discos depende da velocidade a que a matéria cai e das interações magnéticas. Perto do buraco negro, as forças gravitacionais criam fricção que aquece a matéria a temperaturas extremas, emitindo raios X e outras formas de luz. Isto permite aos astrónomos estudar as propriedades dos buracos negros, como a sua massa ou rotação, graças a telescópios especializados.

Compreender os discos de acreção é central para explicar como os buracos negros influenciam o seu ambiente. Eles podem lançar jatos de partículas de alta energia e ventos que afetam a formação de estrelas próximas. As simulações recentes ajudam a prever estes fenômenos, ligando as observações à teoria física para uma imagem mais completa do Universo.

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