28 de março de 2024

Buracos negros supermassivos podem gerar impressionantes ‘tsunamis’ no espaço

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Astrofísicos da NASA usaram simulações de computador para mostrar que nas profundezas do espaço, estruturas semelhantes a tsunamis podem se formar em escalas muito maiores, a partir do gás escapando da atração gravitacional de um buraco negro supermassivo. Na verdade, o ambiente misterioso de buracos negros supermassivos pode abrigar as maiores estruturas semelhantes a tsunamis no universo, dizem os pesquisadores.

Como detalhado, por meio de comunicado, os buracos negros são misteriosos por si próprios. Mas para astrofísicos teóricos, um quebra-cabeça maior é resolver as equações matemáticas que descrevem como os buracos negros distorcem seus ambientes mesmo a dezenas de anos-luz de distância.

Quando um buraco negro com uma massa maior do que um milhão de Sóis se alimenta de material de um disco circundante no centro de uma galáxia, o sistema é chamado de “núcleo galáctico ativo”.

Além disso, os núcleos galácticos ativos podem ter jatos relativísticos em seus pólos e uma espessa camada de material bloqueando nossa visão da atividade central.

Mas o plasma circulando acima do disco, apenas longe o suficiente para não cair no buraco negro, brilha incrivelmente forte em raios-X – tão brilhante que os astrônomos foram capazes de catalogar mais de um milhão desses objetos.

Como detalhado pela NASA, ventos fortes, pelo menos em parte impulsionados por essa radiação, saem dessa região central no que é chamado de “fluxo”. Os pesquisadores querem entender as complicadas interações do gás com os raios-X, e não apenas próximo ao horizonte de eventos, onde esses raios-X são produzidos.

Os efeitos desses raios-X centrais podem ser importantes até dezenas de anos-luz do buraco negro. Além de lançar saídas, a irradiação de raios X pode explicar a presença de várias populações de regiões mais densas chamadas nuvens.

Buracos negros supermassivos

No ano passado, especialistas publicaram simulações mostrando que nuvens mais distantes podem ser produzidas em um fluxo de saída.

Agora, o grupo demonstrou pela primeira vez o quão complicadas são as nuvens dentro dessas saídas do motor do buraco negro central. Suas simulações mostram que apenas na distância onde o buraco negro supermassivo perde seu controle sobre a matéria circundante, a atmosfera relativamente fria do disco giratório pode formar ondas, semelhantes à superfície do oceano.

Como detalhado pela NASA, ao interagir com ventos quentes, essas ondas podem se transformar em estruturas de vórtice em espiral que podem atingir uma altura de 10 anos-luz acima do disco.

Isso é mais do que o dobro da distância do Sol até sua estrela mais próxima, que é um pouco mais de 4 anos-luz. Quando as nuvens em forma de tsunami se formam, elas não são mais influenciadas pela gravidade do buraco negro.

As simulações mostram como a luz de raios-X vinda do plasma perto do buraco negro primeiro infla os bolsões de gás aquecido dentro da atmosfera do disco de acreção além de uma certa distância do núcleo galáctico ativo.

O plasma aquecido sobe como um balão, expandindo-se e interrompendo o gás mais frio circundante. Pode ser abrasador – centenas de milhares a dezenas de milhões de graus, não importa qual unidade de medida se use.

Como detalhado pela NASA, em vez de uma erupção vulcânica submarina causando tsunamis, esses bolsões quentes de gás na periferia do disco de acreção iniciam o distúrbio de propagação para fora.

Impressionantes ‘tsunamis’ no espaço

Como as partículas de gás formam uma estrutura semelhante a um tsunami gigantesco, ele bloqueia o vento do disco de acreção.

Com isso, gerando um padrão separado de estruturas espirais conhecido como uma rua de vórtice Kármán, com cada vórtice medindo um ano-luz de tamanho.

O fenômeno foi batizado em homenagem ao físico Theodore von Kármán, um dos fundadores do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA.

Tudo isso pode parecer exótico e distante, mas as ruas de vórtice de Kármán são padrões climáticos comuns na Terra com os quais os engenheiros estruturais devem se preocupar, especialmente no que diz respeito a pontes.

Como detalhado pela NASA, os novos resultados contradizem uma teoria antiga de que as nuvens nas proximidades de um núcleo galáctico ativo se formam espontaneamente a partir do gás quente por meio da ação de uma instabilidade de fluido. Eles também vão contra a ideia de que os campos magnéticos são necessários para impulsionar o gás mais frio de um disco para o vento.

Armados com essas simulações, os pesquisadores esperam trabalhar com astrônomos observacionais para usar telescópios para procurar sinais dessa dinâmica.

Importantes missões futuras

Nenhum satélite atualmente em órbita pode confirmar as novas descobertas. Mas o  Chandra X-Ray Observatory da NASA e o XMM-Newton da ESA detectaram plasma perto de núcleos galácticos ativos com temperaturas e velocidades consistentes com as simulações.

Como detalhado pela NASA, provas mais fortes podem vir de missões futuras. A próxima missão IXPE da NASA, com lançamento em novembro, pode contribuir para a compreensão dos cientistas sobre esses fenômenos.

A Missão de Imagens e Espectroscopia de Raios X, uma colaboração entre a NASA e a JAXA, pode estudar esses fenômenos quando for lançado no final desta década.

A Agência Espacial Europeia também está planejando uma missão chamada ATHENA, o telescópio avançado para astrofísica de alta energia, que também tem essa capacidade.

Ainda de acordo com as informações, até lá, os pesquisadores continuarão aprimorando seus modelos e comparando-os com os dados disponíveis, apanhados no turbilhão desse mistério.


Metro World News

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