Vídeo mostra como as galáxias alimentam seus buracos negros supermassivos

A origem dos buracos negros supermassivos ainda é um mistério, mas uma nova simulação pode ajudar os cientistas nas próximas modelagens teóricas. O vídeo é resultado de uma pesquisa que busca explicar como esses objetos conseguem se alimentar constantemente. Para os autores do estudo, são os braços espirais das galáxias que levam gás do universo até eles.

• Buracos negros existem mesmo? Aqui estão 7 evidências e uma prova incontestável
• Será que a Terra poderia cair em um buraco negro?
• Astrônomos observam a luz de trás de um buraco negro pela primeira vez

Existem diversas simulações que mostram um possível mecanismo da evolução de buracos negros, mas este novo trabalho é o primeiro a ser realizado com poder computacional e elementos cósmicos o suficiente para explicar as forças e fatores que atuam nesses processos. Mais precisamente, o vídeo oferece uma visão da natureza dos quasares — os buracos negros ativos.

Os quasares são um dos tipos de objetos mais brilhantes do universo. Tratam-se de uma enorme emissão de radiação proveniente de um centro galáctico, muitas vezes tão brilhantes que ofuscam até mesmo suas galáxias hospedeiras. Esse brilho é o resultado da radiação liberada pelo buraco negro supermassivo central enquanto ele se alimenta de matéria.

Durante esse processo de alimentação, que pode ser bem lenta e gradual, a matéria é dilacerada pela gravidade intensa do buraco negro, e passa a girar em torno de seu algoz cósmico em alta velocidade, transformando-se em plasma e formando um disco de acreção. Simultaneamente, parte das partículas desse disco é direcionada aos polos do buraco negro e ejetada na forma de jatos relativísticos.

Todo esse processo de alimentação libera a energia do quasar, mas o que os cientistas ainda tentam descobrir é como esses buracos negros nos centros das galáxias se formaram, em primeiro lugar. Eles são tão massivos quanto milhões, ou até bilhões de vezes a massa do Sol, portanto não poderiam ter se formado a partir do colapso de uma estrela, como é o caso dos buracos negros de massa estelar. Outra dúvida é como o gás do universo é levado até eles para que se alimentem e ganhem ainda mais massa.

De acordo com Claude-André Faucher-Giguère, um dos autores principais do estudo, as simulações “mostram que estruturas de galáxias, como braços espirais, usam forças gravitacionais para 'colocar freios' no gás que orbitaria os centros das galáxias para sempre”. Essa é uma hipótese fascinante, porque o buraco negro, de fato, não conseguiria atrair tanto gás para si, por mais monstruosa que seja sua força gravitacional.

Como o gás gira ao redor do centro da galáxia, a tendência é manter o momento angular para sempre, mas os braços espirais podem exercer uma influência gravitacional que reduzirá esse momento angular. “Este mecanismo de freio permite que o gás caia nos buracos negros e os freios gravitacionais, ou torques, são fortes o suficiente para explicar os quasares que observamos”, completou Faucher-Giguère.

A equipe da pesquisa desenvolveu a nova simulação considerando muitos dos principais processos físicos de uma galáxia e do cosmos, incluindo a expansão do universo, a hidrodinâmica do gás gravitacional e feedback de estrelas massivas. “Eventos poderosos, como supernovas, injetam muita energia no meio circundante, e isso influencia como a galáxia evolui”, disse Anglés-Alcázar, principal autor do estudo. “Portanto, precisamos incorporar todos esses detalhes e processos físicos para capturar uma imagem precisa”.

Outro fator que ajudou a equipe a obter um resultado único foi a tecnologia adotada, que aumentou muito a resolução do modelo e permitiu acompanhar o gás conforme ele flui pela galáxia com resolução mais de 1.000 vezes melhor do que era possível até então. Agora que os cientistas já têm uma ideia de como os buracos negros supermassivos se alimentam, eles podem dar o próximo passo, que é compreender como eles se formaram.

Para isso, os pesquisadores esperam que a simulação ajude a entender a origem do buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea, assim como o buraco negro no centro da galáxia Messier 87, fotografado em 2019. Em seguida, os pesquisadores pretendem estudar populações de galáxias e seus buracos negros centrais para entender melhor como eles se formam e crescem, em várias condições existentes universo afora.

Fonte: Northwestern University