Os buracos negros acenam com seu mistério fantástico – são fontes colossais de energia e até túneis para vôos interestelares. Isso precisa ser estudado em detalhes e a modelagem para isso é a abordagem certa. Cientistas do Imperial College London montaram um experimento para simular os discos de acreção de buracos negros. Isso ajudará a entender a nutrição desses objetos e a coordenar observações astronômicas com experimentos.
Primeira observação direta de um buraco negro. Fonte da imagem: Event Horizon Telescope
Primeiro, os discos de acreção em torno dos buracos negros são o que nos permite vê-los com nossos instrumentos. Há quatro anos, esse fenômeno foi a primeira imagem direta de um buraco negro na galáxia Messier 87 (M87). O anel laranja na imagem é um disco colorido de plasma superaquecido ao redor do buraco negro. Esta é uma formação relativamente estável. A matéria cai no buraco negro e evapora no processo, transformando-se em plasma.
Os elétrons são arrancados dos átomos e os átomos se tornam íons. E tudo isso está girando em grandes velocidades em torno do buraco negro até cair nele. A força centrífuga, que empurra as partículas da matéria para fora, não faz tudo cair imediatamente. Esses processos são geralmente equilibrados e permanecem mais ou menos estáveis por milhões e até bilhões de anos. Mas ainda assim a matéria cai no buraco negro e se alimenta dela. Como isso acontece em detalhes, os cientistas não sabem – a teoria e os modelos existentes do processo são muito aproximados. Esse experimento ajudou e ainda ajudará a entender as nuances do processo de alimentação dos buracos negros, o que é importante para entender a física desses fenômenos.
O experimento foi realizado no Mega Ampere Generator for Plasma Implosion Experiments (MAGPIE). Este dispositivo gera pulsos de grande força atual – até 1,8 milhões de A. Uma corrente de tal força ioniza a substância de trabalho – transforma-a em plasma. Das desvantagens – os pulsos de corrente são muito curtos e não permitem observações de longo prazo. Os recursos de instalação foram suficientes para apenas uma rotação completa do modelo de disco de acreção, que é muito pequeno para obter uma imagem completa da dinâmica do plasma no disco.
No experimento, oito jatos de plasma atingiram o centro, criando um “tornado” de plasma – um modelo do disco de acreção de um buraco negro. Fonte da imagem: cartas de revisão física
Mas mesmo isso foi o suficiente para entender que o modelo funciona e geralmente reflete a física dos processos de plasma no disco de acreção de um buraco negro real. Assim, o plasma mais próximo do centro girou mais rápido do que na periferia do disco de acreção – isso corresponde a observações astronômicas de buracos negros. Os cientistas esperam poder aumentar a duração do pulso e manter o modelo funcionando por mais tempo, o que ajudará a avançar o estudo dos buracos negros um passo adiante, conforme relataram em um artigo na revista Physical Review Letters.