Quando os buracos negros colidem, eles também produzem neutrinos

  Desde que os astrônomos detectaram pela primeira vez neutrinos de alta energia vindos de direções aleatórias no espaço, eles não foram capazes de descobrir o que os gera. Mas uma nova hipótese sugere uma fonte improvável: as fusões de buracos negros.

Imagem de uma simulação numérica de uma fusão desigual de buracos negros binários em massa, com parâmetros consistentes com GW190412. Crédito: N. Fischer, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Instituto Max Planck de Física Gravitacional), Simulando o projeto eXtreme Spacetimes

Neutrinos são partículas extremamente fantasmagóricas. O transporte não carregacarga elétricae eles interagem apenas raramente com matéria normal através da fraca força nuclear. Trilhões de neutrinos passam por cada centímetro quadrado do seu corpo a cada segundo. Então é preciso observatórios enormes para capturá-los.

O maior de todos é o Observatório de Neutrinos IceCube, que é uma série de detectores afundados no manto de gelo antártico no Polo Sul. Ocasionalmente, um neutrino atingirá uma molécula de gelo de água e levará a um flash de luz que o observatório pode detectar.

Embora o IceCube tenha visto inúmeros eventos ao longo dos anos, alguns se destacam. Alguns neutrinos são extremamente energéticos — tão energéticos que é difícil chegar a cenários plausíveis que poderiam gerá-los.

Na outra extremidade do espectro, talvez os objetos mais poderosos do universo sejamburacos negros. Sua gravidade intensa pode destruir estrelas e até mesmo alimentar a formação de jatos que podem explodir dezenas de milhares de anos-luz no espaço.

Assim, uma nova pesquisa, publicada no servidor de pré-impressão arXiv, sugere que os buracos negros podem ser responsáveis pelos maiores neutrinos energéticos. No entanto, isso não pode funcionar com buracos negros isolados, em vez disso, os buracos negros devem ser cercados por um plasma eletricamente carregado.

Esse plasma vai girar em torno do buraco negro formando um disco de acreção. Campos magnéticos e elétricos incrivelmente fortes nodisco de acreçãopodem virar o buraco negro e enviar material fluindo para fora na forma de um jato.

Quando dois buracos negros se fundem isso muda a direção do jato, e ocasionalmente os jatos podem obter um impulso da energia gravitacional liberada pela fusão. Os autores do novo estudo sugerem que, se as condições estiverem certas, o aprimoramento do jato durante uma fusão pode alimentar neutrinos insanamente altos.

Para coincidir com os números observados de neutrinos de alta energia que o IceCube detectou, os autores sugerem que esses buracos negros não têm que se fundir com toda essa frequência. Se os neutrinos são alimentados por fusões deburacos negros supermassivos, então eles só precisam colidir entre cada 100.000 e 10 milhões de anos em cada gigaparsec cúbico de volume.

Se, em vez disso, osneutrinossão alimentados por fusões de buracos negros em massa estelares, então eles só precisam acontecer de 10 a 100 vezes por ano em cada gigaparsec cúbico de volume.

Estes são números promissores porque os resultados estão dentro da faixa esperada de taxas de fusão tanto de buracos negros de massa estelar quantode buracos negros supermassivos. Então, como os mecanismos vão, é plausível. Apenas mais observações serão capazes de dizer, e espero que os astrônomos sejam capazes de identificar uma fonte dessas partículas exóticas extremamente energéticas.

Fonte: phys.org