Os buracos negros não são apenas “aspiradores cósmicos” sugando tudo ao redor – eles também são motores energéticos extremamente poderosos, capazes de redistribuir enormes quantidades de energia
Esses gigantes cósmicos giram rapidamente e geram campos magnéticos intensos, que extraem energia e alimentam a formação de jatos energéticos. Novas simulações avançadas mostram que até 70% dessa energia pode ser redirecionada para o espaço, influenciando o brilho dos buracos negros e afetando a dinâmica das galáxias.
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Uma imagem de luz visível do telescópio espacial Hubble da galáxia MCG-03-34-064. A visão nítida do Hubble revela três pontos brilhantes distintos incorporados em uma elipse branca no centro da galáxia (expandida em uma imagem de conjunto no canto superior direito).Dois desses pontos brilhantes são a fonte de forte emissão de raios X, um sinal que indica que eles são buracos negros supermassivos.Os buracos negros brilham intensamente porque estão convertendo a matéria em queda em energia e se espalham pelo espaço como núcleos galácticos ativos. Sua separação é de cerca de 300 anos-luz. O terceiro ponto é uma mancha de gás brilhante.A faixa azul que aponta para a posição das 5 horas pode ser um jato disparado de um dos buracos negros. O par de buracos negros é o resultado de uma fusão entre duas galáxias que acabarão colidindo.
O Poder Oculto dos Buracos Negros
Os buracos negros sempre intrigaram os cientistas, não apenas por sua incrível capacidade de absorver matéria, mas também por funcionarem como mecanismos cósmicos de extração e redistribuição de energia.
Ao redor deles, formam-se discos de gás e poeira chamados de discos de acreção, que podem ficar altamente magnetizados. Quando isso acontece, esses discos se transformam em verdadeiras usinas de energia, retirando energia da rotação do buraco negro por um processo conhecido como efeito Blandford-Znajek (BZ).
Os pesquisadores acreditam que esse é o principal mecanismo de extração de energia, mas ainda há muitas perguntas sem resposta. Não está claro, por exemplo, quanto dessa energia é direcionada para os jatos poderosos – feixes de partículas e radiação que emergem dos polos do buraco negro – e quanto é simplesmente dissipada como calor.
Simulações Avançadas Para Decifrar os Buracos Negros
Para entender melhor esse processo, o pesquisador Prasun Dhang, do instituto JILA (EUA), junto com os astrofísicos Mitch Begelman e Jason Dexter, da Universidade do Colorado, usou simulações avançadas de computador.
O objetivo era modelar buracos negros cercados por discos finos e altamente magnetizados, permitindo estudar os mecanismos físicos que controlam esses sistemas extremos.
Os resultados, publicados em 14 de fevereiro no The Astrophysical Journal, fornecem novos insights sobre a dinâmica dos buracos negros e podem mudar nossa compreensão sobre seu impacto na formação das galáxias.
“O gás que cai no buraco negro pode extrair energia de sua rotação”, explica Jason Dexter. “Sempre assumimos que isso era importante para alimentar os jatos. Mas nossas medições mais precisas mostram que muito mais energia é extraída do que pensávamos. Essa energia extra pode ser liberada como luz ou causar fluxos de gás para fora. De qualquer forma, essa energia retirada do buraco negro pode iluminar a região ao redor de seu horizonte de eventos.”
Comparação Entre Diferentes Buracos Negros
Por décadas, cientistas estudaram a interação dos buracos negros com o gás ao redor para entender como eles impulsionam algumas das estruturas mais energéticas do universo.
As primeiras pesquisas focaram em buracos negros de baixa luminosidade, pois esses sistemas são mais fáceis de simular e estão associados a jatos observáveis. No entanto, os buracos negros mais brilhantes, com discos de acreção mais finos, densos e magnetizados, representam um desafio maior.
A teoria sugeria que esses discos seriam instáveis, pois o aquecimento e o resfriamento não se equilibrariam. No entanto, estudos anteriores, incluindo os de Mitch Begelman, indicavam que campos magnéticos fortes poderiam estabilizar esses discos, mas o papel exato dessa estabilização na extração de energia e formação de jatos permanecia incerto.
“Queríamos entender como a extração de energia funciona em ambientes altamente magnetizados”, explica Prasun Dhang.
Como os Campos Magnéticos Influenciam os Buracos Negros
Para investigar essa questão, a equipe usou um modelo computacional chamado GRMHD (Magnetohidrodinâmica Relativística Geral em 3D).
Esse modelo combina as leis do eletromagnetismo, da dinâmica dos fluidos e da relatividade geral de Einstein para simular o comportamento do plasma magnetizado ao redor dos buracos negros.
As simulações permitiram analisar como os campos magnéticos interagem com buracos negros em diferentes velocidades de rotação.
“O objetivo era entender como o fluxo magnético atravessando o buraco negro afeta a extração de energia e a formação de jatos”, diz Dhang.
Os cientistas modelaram discos de acreção finos e magnetizados e mediram quanta energia o buraco negro transferia para o meio ao redor. Dessa forma, conseguiram identificar as configurações magnéticas e as velocidades de rotação mais propícias para gerar jatos poderosos.
O Papel do Efeito Blandford-Znajek
Os resultados mostraram que, dependendo da velocidade de rotação do buraco negro, entre 10% e 70% da energia extraída pelo efeito Blandford-Znajek era canalizada para os jatos.
“Quanto maior a rotação do buraco negro, mais energia ele pode liberar”, observa Dhang.
No entanto, nem toda essa energia se transforma em jatos – parte dela é reabsorvida pelo disco de acreção ou dissipada como calor.
Embora as simulações ainda não tenham identificado para onde vai essa energia excedente, Dhang planeja aprofundar suas pesquisas para entender melhor o processo de formação dos jatos. Esses jatos são comuns em núcleos ativos de galáxias, como os quasares.
O Mistério Continua
Outro achado importante das simulações foi que campos magnéticos intensos aumentam a eficiência da radiação do disco, tornando o buraco negro mais brilhante.
Essa luminosidade extra pode explicar por que alguns buracos negros parecem mais brilhantes do que os modelos teóricos preveem.
“A energia que não é usada diretamente pode aquecer o disco e contribuir para a formação da coroa”, aponta Dhang.
A coroa de um buraco negro é uma região de gás quente ao seu redor que emite intensos raios X. No entanto, o mecanismo exato de sua formação ainda não é totalmente compreendido.
A equipe espera realizar novas simulações para desvendar como a coroa de um buraco negro se forma e evolui.
O Que Vem a Seguir?
Os resultados dessas pesquisas ajudam a compreender como os buracos negros influenciam as galáxias ao seu redor e podem até modificar os modelos teóricos sobre a evolução do universo.
Com a tecnologia atual e futuros avanços em simulações, os cientistas estão cada vez mais próximos de decifrar os mistérios dos buracos negros e sua impressionante capacidade de gerar energia.
Terrarara.com.br
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