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Um artigo publicado no periódico científico The Astrophysical Journal revela que os buracos negros podem liberar ainda mais energia do que se imaginava. Segundo o estudo, quanto mais rápido giram, mais eficiente se torna esse processo de extração energética, um fenômeno crucial para entender a formação e evolução das galáxias.
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Desde 1977, cientistas sabem que buracos negros extraem energia de sua rotação por meio de campos magnéticos. Esse processo, conhecido como efeito Blandford-Znajek (BZ), gera jatos de partículas que se propagam pelo espaço. No entanto, muitas questões permanecem sem resposta, como a quantidade de energia convertida e seu impacto nas estruturas galácticas.
Para explorar essa questão, uma equipe de pesquisadores criou uma simulação detalhada do disco de acreção ao redor de um buraco negro supermassivo. Esses discos são compostos por gás e poeira que orbitam o buraco negro, e seu comportamento influencia diretamente os jatos de energia emitidos. O estudo sugere que a quantidade de energia extraída pode ser muito maior do que se pensava.
“Há muito tempo sabemos que o gás em queda pode retirar energia da rotação do buraco negro”, afirma Jason Dexter, pesquisador da Universidade do Colorado e coautor do estudo, em um comunicado. “Mas nossas novas medições indicam que a energia extraída pode ser ainda maior, influenciando tanto a luminosidade da região ao redor quanto o fluxo de matéria para o espaço”.
Essa energia liberada, segundo Dexter, pode se manifestar de duas formas: irradiada como luz ou impulsionando o gás ao redor para fora do disco de acreção. Em ambos os casos, essa extração pode ser um fator-chave na intensa luminosidade dos chamados núcleos galácticos ativos (AGNs), regiões no centro das galáxias alimentadas por buracos negros supermassivos.
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Velocidade da rotação dos buracos negros influencia a extração de energia
Os AGNs são algumas das estruturas mais brilhantes do Universo, muitas vezes superando o brilho combinado de todas as estrelas da galáxia onde estão. Eles são alimentados por buracos negros que possuem massas milhões ou bilhões de vezes maiores que a do Sol, e entender a fonte dessa energia é uma questão central para a astrofísica.
Modelar esses sistemas em alta luminosidade sempre foi um desafio. Muitos estudos anteriores focaram em fluxos de acreção esféricos, menos instáveis e mais fáceis de simular. No entanto, os discos densos e altamente magnetizados dos AGNs exigem abordagens mais avançadas para compreender como a energia é extraída e como os jatos se formam.
“Queríamos entender como essa extração de energia funciona em ambientes com campos magnéticos intensos”, explica Prasun Dhang, também da Universidade do Colorado. Para isso, a equipe utilizou um modelo computacional de ponta, chamado magnetohidrodinâmica relativística geral 3D (GRMHD), que simula como o gás superaquecido interage com a gravidade extrema dos buracos negros.
A simulação permitiu observar como diferentes velocidades de rotação dos buracos negros influenciam a extração de energia. Os resultados mostraram que entre 10% e 70% da energia extraída do buraco negro é direcionada para os jatos de partículas através do efeito BZ. Quanto maior a velocidade de rotação, maior a quantidade de energia liberada.
A pesquisa também indicou que parte dessa energia não é convertida em jatos, mas sim absorvida pelo próprio disco de acreção ou dissipada na forma de calor. Além disso, a presença de campos magnéticos intensos pode aumentar a luminosidade do disco, explicando por que alguns AGNs brilham mais do que os modelos teóricos previam.
“A energia não utilizada pode aquecer o disco e contribuir para a formação de uma coroa ao redor do buraco negro”, diz Dhang. Essas coroas são regiões extremamente quentes que emitem radiação em raios X e podem ter um papel fundamental na dinâmica dos AGNs.
Os pesquisadores agora planejam realizar novas simulações para entender melhor como essas coroas se formam e como influenciam o comportamento dos buracos negros e das galáxias ao seu redor.
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