Um estudo publicado no periódico científico The Astrophysical Journal Letters, conduzido por pesquisadores do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE), analisou um processo que pode ser a causa das estranhas emissões ​​de luz e calor dos buracos negros.

Segundo os cientistas, esse processo, denominado reconexão magnética, está presente nas massas giratórias de plasma que existem tanto em torno de buracos negros quanto de estrelas de nêutrons. A reconexão magnética, de acordo com o estudo, libera enormes plumas de plasma com bilhões de quilômetros de comprimento. 

O plasma compreende elétrons flutuantes e núcleos atômicos, ou íons, e constitui 99% do universo visível. Imagem: Peshkova – Shutterstock

Essas descobertas podem ajudar na compreensão básica dos mecanismos astrofísicos fundamentais em todo o universo.

Reconexão magnética identificada nos buracos negros ocorre em todo o universo

Conhecido como o quarto estado da matéria, o plasma compreende elétrons flutuantes e núcleos atômicos, ou íons, e constitui 99% do universo visível. Além de estudar as propriedades astrofísicas desse estado similar ao gasoso, os cientistas estão explorando como confiná-lo em dispositivos em forma de rosquinhas, conhecidos como “tokamaks” (caixas de tosquia), para aproveitar as reações de fusão que produzem a vasta energia do Sol e das estrelas. 

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Segundo os pesquisadores, a reconexão ocorre quando as linhas do campo magnético se separam e se reconectam, liberando energia. É um processo de interesse científico porque parece ocorrer não somente nos buracos negros e estrelas de nêutrons, mas em todo o universo, desde massas de plasma que abrangem vários anos-luz até experimentos de mesa em laboratórios.

Os pesquisadores usaram um novo modelo, além de dados coletados anteriormente, para descobrir que um movimento no plasma conhecido como instabilidade magnetorotacional (MRI) força os campos magnéticos juntos. A reconexão resultante dentro dos discos de acreção libera o calor e a luz observados.

Fatima Ebrahimi, coautora do estudo, diz que pesquisas futuras poderão aprimorar as descobertas. Imagem: Elle Starkman / PPPL Office of Communications

“Esses processos de reconexão de disco de acreção são algo novo no mundo da física do plasma”, disse a física do PPPL Fatima Ebrahimi, coautora do estudo. “Os dados numéricos estão lá há muito tempo e finalmente os entendemos”.

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Pelas novas simulações de computador foi possível ver o plasma com mais detalhes do que antes. Segundo Fatima, outros modelos simulam apenas pequenas porções do plasma conhecidas como caixas de cisalhamento e presumem que os resultados se aplicam ao resto do plasma. “As caixas de tosquia fornecem orientação, mas não são toda a história”, enfatizou.

Estudo abre portas para investigações futuras mais detalhadas

Essas caixas não mostram todo o comportamento do plasma durante a reconexão. A simulação de alta fidelidade usada nesta pesquisa, por outro lado, revelou mais das etapas intermediárias.

Fatima planeja explorar futuramente como a ressonância magnética afeta a turbulência do disco de acreção, distúrbios no plasma que podem afetar como o calor, a luz e o movimento se propagam por todo o disco. 

“Esperamos realizar simulações maiores e obter uma melhor compreensão do que exatamente está acontecendo em cada etapa”, disse ela. “Dessa forma, você aprende uma nova física e, quando coisas mais complicadas acontecem mais tarde, você sabe por quê”.

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