Astrofísicos desvendam o mistério dos jatos de buraco negro e dos ‘sabres de luz’ galácticos

Os investigadores de Princeton descobriram que o buraco negro M87* expele energia para fora, contribuindo para a formação de jatos massivos. Esta descoberta, enraizada na teoria da relatividade de Einstein, desafia as visões tradicionais dos buracos negros e poderá ser testada com telescópios avançados. O estudo abre novos caminhos na compreensão da dinâmica dos buracos negros, embora não consiga explicar definitivamente a fonte da energia dos jatos. Crédito: SciTechDaily.com

doi.org/10.3847/1538-4357/acf92d
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#Buracos Negros 

Uma equipe de astrofísicos de Princeton determinou agora conclusivamente que a energia próxima do buraco negro M87* está empurrando para fora, e não para dentro, um debate de longa data dentro do campo.

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.

“Embora 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 extraiam energia dos 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 empurrando 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”.

Uma animação que mostra como o campo magnético que atravessa o horizonte de eventos do buraco negro gira à medida que o buraco negro gira mais rapidamente. Um buraco negro com rotação mais rápida “acaba” o campo magnético mais rapidamente, fazendo com que o buraco negro perca mais energia para o seu entorno. Uma equipe de astrofísicos de Princeton observou o desenrolar das linhas do campo magnético em imagens do Event Horizon Telescope da polarização linear dos buracos negros. Crédito: Vídeo de George Wong, Instituto de Estudos Avançados e Universidade de Princeton

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.

Os resultados do seu trabalho foram publicados recentemente no 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.

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 as espirais de polarização, 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

“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 do 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”.

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 direção. 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.”

Publicado em 08/01/2024 06h47

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