Uma visualização de uma simulação de supercomputador mostra como os pósitrons se comportam perto do horizonte de eventos de um buraco negro em rotação.
(Imagem: © Kyle Parfrey et al./Berkeley Lab)
A atração gravitacional de um buraco negro é tão forte que nada, nem mesmo a luz, pode escapar quando se aproxima demais. No entanto, existe uma maneira de escapar de um buraco negro - mas apenas se você for uma partícula subatômica.
À medida que os buracos negros absorvem a matéria ao seu redor, eles também cospem poderosos jatos de plasma quente contendo elétrons e pósitrons, o equivalente da antimatéria aos elétrons. Pouco antes de as partículas de sorte chegarem ao horizonte de eventos, ou ao ponto de não retorno, elas começam a acelerar. Movendo-se perto da velocidade da luz, essas partículas ricocheteiam no horizonte de eventos e são lançadas para fora ao longo do eixo de rotação do buraco negro.
Conhecidos como jatos relativísticos, esses enormes e poderosos fluxos de partículas emitem luz que podemos ver com telescópios. Embora os astrônomos observem os jatos há décadas, ninguém sabe exatamente como as partículas que escapam recebem toda essa energia. Em um novo estudo, pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (LBNL), na Califórnia, lançaram uma nova luz sobre o processo. Os buracos negros mais estranhos do universo
"Como a energia na rotação de um buraco negro pode ser extraída para fazer jatos?" Kyle Parfrey, que liderou as simulações de buracos negros durante seu período de pós-doutorado no Berkeley Lab, disse em comunicado. "Esta é uma pergunta há muito tempo." Parfrey agora é membro sênior do Goddard Space Flight Center da NASA em Maryland.
Para tentar responder a essa pergunta, Parfrey e sua equipe criaram um conjunto de simulações de supercomputadores que "combinavam teorias de décadas para fornecer uma nova visão sobre os mecanismos de direção nos jatos de plasma que lhes permitem roubar energia dos poderosos campos gravitacionais dos buracos negros e impulsioná-lo para longe de suas bocas escancaradas ", disseram as autoridades da LBNL no comunicado. Em outras palavras, eles investigaram como a força gravitacional extrema de um buraco negro pode dar tanta energia às partículas que elas começam a irradiar.
"As simulações, pela primeira vez, unem uma teoria que explica como as correntes elétricas ao redor de um buraco negro transformam campos magnéticos em jatos formadores, com uma teoria separada explicando como as partículas que atravessam o ponto sem retorno de um buraco negro - o horizonte de eventos - podem Parece que um observador distante carrega energia negativa e diminui a energia rotacional geral do buraco negro ", disseram funcionários da LBNL. "É como comer um lanche que faz com que você perca calorias em vez de as consumir. O buraco negro na verdade perde massa como resultado do consumo dessas partículas de 'energia negativa'".
Parfrey disse que combinou as duas teorias na tentativa de fundir a física comum do plasma com a teoria da relatividade geral de Einstein. As simulações precisavam lidar não apenas com a aceleração das partículas e a luz proveniente dos jatos relativísticos, mas também com o modo como os pósitrons e os elétrons são criados: através das colisões de fótons de alta energia, como raios gama. Esse processo, chamado produção de pares, pode transformar luz em matéria.
"Os resultados das novas simulações não são radicalmente diferentes dos das antigas ... simulações, o que é, em certo sentido, tranquilizador", disse Robert Penna, pesquisador do Centro de Astrofísica Teórica da Universidade Columbia, que não participou do estudo. , escreveu em um artigo relacionado "Pontos de vista" na revista Physical Review Letters.
"No entanto, Parfrey et al. Descobrem um comportamento interessante e novo", disse Penna. "Por exemplo, eles encontram uma grande população de partículas cujas energias relativísticas são negativas, medidas por um observador distante do buraco negro. Quando essas partículas caem no buraco negro, a energia total do buraco negro diminui."
Houve uma surpresa, no entanto. As simulações de Parfrey mostram que existem muitas dessas partículas de energia negativa fluindo para o buraco negro "que a energia que elas extraem ao cair no buraco é comparável à energia extraída pelo enrolamento do campo magnético", disse Penna. "É necessário um trabalho de acompanhamento para confirmar essa previsão, mas se o efeito das partículas de energia negativa for tão forte quanto o reivindicado, isso poderá alterar as expectativas para os espectros de radiação dos jatos de buraco negro".
Parfrey e sua equipe planejam melhorar ainda mais seus modelos comparando as simulações com evidências observacionais de observatórios como o novo Event Horizon Telescope, que visa capturar as primeiras fotos de um buraco negro. "Eles também planejam ampliar o escopo das simulações para incluir o fluxo de matéria infalável ao redor do horizonte de eventos do buraco negro, conhecido como fluxo de acréscimo", disseram funcionários da LBNL.
"Esperamos fornecer uma imagem mais consistente de todo o problema", disse Parfrey.
O estudo foi publicado na quarta-feira (23 de janeiro) na Physical Review Letters.
