Buracos negros, sobrecarregados de trabalho, precisam escolher entre duas tarefas

Buracos negros são frequentemente descritos na literatura popular como entidades cósmicas que devoram tudo em seu caminho, mas eles possuem limitações.

Ilustração de um buraco negro com um disco de acreção e um jato de alta energia. Crédito: NASA/JPL-Caltech. 

Cientistas observaram recentemente que buracos negros ativos alternam entre dois regimes de emissão distintos. A projeção de um jato de plasma em altíssima velocidade coincide com um enfraquecimento do vento solar e das emissões de raios X, e vice-versa. Essa oscilação se assemelha ao movimento de uma gangorra cósmica , indicando que esses objetos não podem desempenhar todas as suas funções simultaneamente.

O sistema 4U 1630-472 foi o objeto deste estudo. Nesse sistema, um buraco negro com aproximadamente dez massas solares está acumulando matéria de uma estrela companheira. Graças ao instrumento NICER da NASA, instalado na Estação Espacial Internacional (ISS), e ao radiotelescópio MeerKAT, a equipe conseguiu acompanhar esse fenômeno por três anos. Este trabalho confirmou que o disco de acreção, composto pela matéria ejetada, permanece estável, enquanto as emissões apresentam flutuações.

Embora a matéria roubada forme um disco giratório ao redor do buraco negro, parte dela é ejetada, seja como vento ou como jato. Pesquisadores observaram que esses dois tipos de emissão nunca ocorrem simultaneamente, um sinal de competição pelo mesmo recurso. Para os cientistas, isso destaca um mecanismo interno no qual jatos e ventos competem pela energia disponível, alterando assim a dinâmica do sistema. 

Apesar dessa alternância, a quantidade total de energia e massa ejetada permanece constante. Essa consistência sugere um mecanismo de autorregulação pelo qual o buraco negro mantém um equilíbrio em suas emissões, provavelmente influenciado pela configuração dos campos magnéticos dentro do disco. De acordo com os autores do estudo, não é o volume de matéria absorvida que determina a mudança , mas sim a configuração desses campos. 

Essa regulação tem repercussões no ambiente galáctico. Como o gás e a poeira expelidos servem como blocos de construção para a formação de novas estrelas, a alternância entre jatos e ventos provavelmente afeta a formação estelar e, por extensão, molda a evolução das galáxias. Os buracos negros desempenham, portanto, um papel regulador, redistribuindo parte da matéria em sua vizinhança.

Campos magnéticos em buracos negros

Dentro do disco de acreção que circunda um buraco negro, campos magnéticos emergem dos movimentos turbulentos do plasma aquecido. Sua intensidade pode se tornar considerável e influencia diretamente a forma como a matéria é ejetada. Esses campos atuam como guias, direcionando a energia para os jatos ou ventos detectados pelos astrônomos.

Uma configuração específica de campos magnéticos pode favorecer a emissão de jatos de plasma de alta velocidade. Por outro lado, outra configuração favorece a expulsão de matéria na forma de ventos cósmicos e raios X. Essa dualidade explica por que um buraco negro não gera ambos os tipos de emissão simultaneamente; os campos magnéticos competem para capturar a energia disponível.

Observações do sistema 4U 1630-472 mostram que a alternância entre jatos e ventos está ligada à reorganização dos campos magnéticos dentro do disco. Esse fenômeno não depende da quantidade de matéria absorvida, mas sim da evolução interna do sistema. O estudo desses processos ajuda a mapear como os campos magnéticos governam a atividade dos buracos negros.

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