Os buracos negros, regiões do espaço-tempo onde a gravidade é tão forte que nada pode escapar deles, estão entre os fenômenos cósmicos mais fascinantes e amplamente estudados. Embora existam inúmeras teorias sobre sua formação e física subjacente, muitas perguntas permanecem sem resposta.
Uma das questões de longa data no estudo dos buracos negros é por que o plasma que os cerca brilha tão intensamente, como mostram as poucas imagens diretas do telescópio coletadas até agora. Em um artigo publicado na Physical Review Letters, pesquisadores da Université Grenoble Alpes-CNRS, Trinity College Dublin e University of Maryland apresentaram simulações de computador que oferecem uma explicação viável.
“Ficamos muito impressionados com a recente publicação de imagens do buraco negro supermassivo M87* pela colaboração do Event Horizon Telescope (EHT)”, disse Benjamin Crinquand, um dos pesquisadores que realizou o estudo, à Phys.org. “Esta observação ocorreu quando este buraco negro estava em uma luminosidade historicamente baixa (estava ‘quiescente’). No entanto, M87* é conhecido por produzir rajadas/explosões de emissão em vários comprimentos de onda, até raios gama.”
O principal objetivo do estudo recente de Crinquand e seus colegas foi fazer previsões sobre como seriam as imagens do buraco negro M87* coletadas pela colaboração do EHT se fossem coletadas durante uma de suas explosões comuns de emissão. Para fazer isso, eles realizaram uma série de simulações cinéticas de plasma, representando a vizinhança de um buraco negro em rotação durante tais explosões.
“Esta nova ferramenta de simulação para entender o comportamento do plasma em um ambiente tão extremo foi desenvolvida muito recentemente”, explicou Crinquand. “Seu objetivo é tratar o plasma desde os primeiros princípios e incluir a microfísica relevante, que seria eliminada na estrutura fluida comum (simulações magnetohidrodinâmicas). Então, é preciso saber como a matéria é acoplada à radiação, que é finalmente observada da Terra .”
Estudos teóricos e experimentais mostraram que em ambientes de buracos negros, os fótons não se propagam em linhas retas, devido à sua forte gravidade. Em suas simulações cinéticas, Crinquand e seus colegas tentaram explicar isso implementando um módulo de rastreamento de raios, que rastreia a luz emitida pelo plasma ao redor de um buraco negro desde a simulação até um observador.
No geral, as simulações realizadas por esta equipe de pesquisadores sugerem que, sob certas condições, as instabilidades do campo magnético podem levar à produção de pontos quentes de ondas de rádio, que giram em torno da sombra de um buraco negro. A equipe previu que, para grandes buracos negros, como o M87*, o raio orbital desses pontos quentes seria aproximadamente três vezes maior que o raio do buraco negro, e os pontos quentes levariam cerca de cinco dias para orbitar o buraco negro.
“Nossa principal contribuição é a percepção de que, quando o buraco negro está nesse estado, a imagem deve exibir pontos quentes, que devem girar com o tempo”, disse Crinquand. “Esses pontos quentes são a assinatura de ‘plasmóides’, estruturas magnéticas fechadas na magnetosfera do buraco negro. Também esperamos que a imagem encolha dentro do ‘anel de fótons’, que é comumente invocado como sendo a sombra observada pelo EHT em 2019 .”
As simulações realizadas por esta equipe de pesquisadores introduzem uma hipótese teórica interessante que pode ser verificada por futuras observações astronômicas. Especificamente, eles preveem que os padrões de emissão de radiação observados em torno dos buracos negros podem ser devidos à quebra de campos magnéticos e à formação resultante de pontos quentes de ondas de rádio.
A versão atual do EHT pode não ser sensível o suficiente para capturar os padrões de emissão que eles simularam, devido à sua resolução espacial e temporal limitada. No entanto, Crinquand e seus colegas esperam que versões futuras do telescópio ajudem a validar sua teoria.
“No futuro, desejamos seguir duas linhas de pesquisa”, acrescentou Crinquand. “Em primeiro lugar, estamos atualizando nosso módulo para levar em conta a polarização da radiação emitida, para aumentar o poder preditivo de nosso modelo. Em 2021, o EHT divulgou observações polarizadas de M87*, então agora é hora de os teóricos fazerem tais previsões. Do lado teórico, também queremos entender melhor o que impulsiona essa transição entre um estado quiescente e um estado de queima. Precisaremos entender especialmente as escalas de tempo associadas: tempo de recorrência das explosões, subida típica, tempo, etc.”
Publicado em 07/12/2022 04h08
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