Frankfurt — InkDesign News — Um grupo de astrofísicos da Universidade de Frankfurt realizou um estudo inovador sobre como buracos negros supermassivos, como o M87*, convertem energia rotacional em potentes jatos de partículas. Utilizando avançadas simulações numéricas, a equipe identificou a ação de dois mecanismos distintos, lançando nova luz sobre fenômenos observados há mais de um século.
O Contexto da Pesquisa
Por quase duzentos anos, astrônomos se debruçaram sobre a origem de um misterioso feixe de matéria expelido da galáxia Messier 87, localizada na constelação de Virgem. Inicialmente classificada como uma “nebulosa sem estrelas” por Charles Messier em 1781, só foi reconhecida como uma grande galáxia décadas depois. No centro dessa galáxia encontra-se o buraco negro M87*, cuja massa equivale a seis bilhões e meio de sóis e que origina um jato que se estende por aproximadamente 5.000 anos-luz.
Durante anos, o principal modelo explicativo era o mecanismo de Blandford-Znajek, em que campos magnéticos intensos extraem energia rotacional do buraco negro para impulsionar os jatos. Entretanto, aspectos fundamentais do processo permaneciam não compreendidos, especialmente a associação entre dinâmica magnética e produção de plasma altamente energético.
Resultados e Metodologia
O time liderado pelo professor Luciano Rezzolla desenvolveu o código numérico FPIC (Frankfurt particle-in-cell code for black hole spacetimes), capaz de simular, com grande precisão, as interações entre partículas carregadas e campos eletromagnéticos extremos sob gravidade intensa. Milhões de horas de CPU nos supercomputadores “Goethe”, em Frankfurt, e “Hawk”, em Stuttgart, foram empregadas para resolver as equações de Maxwell e os movimentos de elétrons e pósitrons conforme a teoria da relatividade geral de Einstein.
A equipe descobriu que, além do mecanismo clássico de Blandford-Znajek, a reconexão magnética desempenha papel fundamental. Esse fenômeno ocorre quando linhas de campo magnético se rompem e se reorganizam, transformando energia magnética em calor, radiação e erupções de plasma. As simulações identificaram intensa atividade de reconexão no plano equatorial do buraco negro, levando à formação de plasmoides — “bolhas” energéticas de plasma em velocidade quase luminosa.
“Simular tais processos é crucial para entender as dinâmicas complexas de plasmas relativísticos em espaços-tempos curvos próximos a objetos compactos, governados pela interação de campos gravitacionais e magnéticos extremos.”
(“Simulating such processes is crucial for understanding the complex dynamics of relativistic plasmas in curved spacetimes near compact objects, which are governed by the interplay of extreme gravitational and magnetic fields.”)— Dr. Claudio Meringolo, principal desenvolvedor do FPIC, Universidade de Frankfurt
Implicações e Próximos Passos
Os resultados ampliam o entendimento sobre como a energia rotacional de buracos negros pode ser extraída e convertida em jatos, apontando que processos de reconexão magnética contribuem substancialmente ao fenômeno observado. Além disso, os dados explicam a grande luminosidade dos núcleos galácticos ativos e a aceleração de partículas até velocidades próximas à da luz.
“Nossos resultados abrem a possibilidade fascinante de que o mecanismo de Blandford-Znajek não seja o único processo astrofísico capaz de extrair energia rotacional de um buraco negro, mas que a reconexão magnética também contribua.”
(“Our results open up the fascinating possibility that the Blandford-Znajek mechanism is not the only astrophysical process capable of extracting rotational energy from a black hole, but that magnetic reconnection also contributes.”)— Dr. Filippo Camilloni, pesquisador do projeto FPIC, Universidade de Frankfurt
A equipe destaca o valor das simulações matemáticas rigorosas para explicar fenômenos extremos próximos a buracos negros, pavimentando o caminho para futuros avanços tanto em modelagem computacional quanto na astrofísica teórica. Pesquisadores avaliam desenvolver novas ferramentas para análise de jatos em outras galáxias e testar previsões em observações astronômicas — consolidando a conexão entre teoria e dados experimentais.
O avanço descrito neste estudo ilustra como a combinação entre novos códigos numéricos e supercomputação pode elucidar mistérios de longa data na física de buracos negros. Os próximos desdobramentos podem envolver a aplicação do FPIC para simular outros ambientes cósmicos extremos, potencialmente ampliando as fronteiras do conhecimento sobre evolução galáctica e física de alta energia.
Fonte: (ScienceDaily – Ciência)
