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Disco de acreção dos buracos negros é criado em laboratório

Por| Editado por Patricia Gnipper | 19 de Maio de 2023 às 16h01

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© Imperial College London
© Imperial College London

Cientistas criaram uma miniatura do disco de acreção, isto é, o plasma alaranjado que gira ao redor dos buracos negros, como vimos nas fotos reais do Sagittarius A* e do M87*. O sucesso da pesquisa ajudará a descobrir como a matéria se comporta ao redor dos buracos negros e por que ela não é “engolida” por eles.

Quando algum tipo de matéria — como nuvens de gás e poeira ou estrelas — se aproximam o suficiente dos buracos negros, ela é atraída pela gravidade extrema desses objetos ultradensos. Mas há um porém: elas não caem direto no horizonte de eventos (o ponto de onde não poderiam mais escapar), mas giram em torno dele.

Isso acontece por mecanismos básicos da física, como a conservação de momento e a força centrífuga. Os buracos negros geralmente giram em torno de si mesmos, criando um arrasto no próprio “tecido” do espaço-tempo mais ou menos como uma massa de bolo em uma batedeira.

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No caso da metáfora acima, é fácil observar que a massa de bolo gira devido ao arrasto criado pelos garfos da batedeira, mas a velocidade de rotação é bem menor na extremidade da massa próxima às paredes da tigela. Quanto mais ao centro estiver a massa, mais rápido ela gira.

Isso também acontece com o plasma ao redor dos buracos negros. À medida que se aproxima, estará cada vez mais sujeita ao arrasto no espaço-tempo, e quanto mais rápida ela viajar, mais aquecida se torna. Todo esse processo também empurra o plasma para fora — tente usar a batedeira para fazer um bolo em um prato raso e verá esse efeito.

É por esse motivo que o plasma nos discos de acreção não cai no horizonte de eventos, mas permanece em um certo equilíbrio ao redor dele. Então, como é que os buracos negros conseguem se alimentar e crescer tanto? É para responder a essa pergunta que cientistas tentam simular buracos negros em laboratório, usando desde tanques enormes com água até métodos bem mais sofisticados.

Na pesquisa mais recente, os cientistas criaram anéis superaquecidos de plasma com uma máquina chamada Mega Ampere Generator for Plasma Implosion Experiments (MAGPIE). Ela criou oito jatos de plasma separados que colidiram para formar um toro (o famoso formato de rosquinha), dentro do qual o plasma se comportou como a massa de bolo na batedeira.

A rotação do toro de plasma durou apenas 150 nanossegundos, que foram o suficiente para uma volta completa. Os pesquisadores esperam aumentar a duração do experimento nas próximas execuções, a fim de observar os discos crescendo à medida que novos pulsos de plasma forem emitidos.

Os resultados foram publicados na revista Physical Review Letters.

Fonte: Imperial College LondonPhysical Review Letters