Pesquisadores da Universidade de Princeton descobriram que o buraco negro M87* libera energia para fora, contribuindo para a formação de jatos massivos. A descoberta, enraizada na teoria da relatividade de Einstein, desafia as visões convencionais dos buracos negros e poderá ser testada posteriormente utilizando telescópios avançados. A investigação abre novos caminhos para a compreensão da dinâmica dos buracos negros, embora não explique explicitamente a fonte da energia do jacto.

Uma coisa que todos sabemos sobre os buracos negros é que tudo o que está próximo é sugado. Uma equipa de astrofísicos de Princeton determinou agora que a energia perto do buraco negro M87* é empurrada para fora e não para dentro, um debate de longa data na área.

"Embora um buraco negro seja definido como um objeto do qual nada pode escapar, uma previsão surpreendente da teoria da relatividade de Einstein é que os buracos negros na verdade perdem energia", disse o astrofísico Eliot Quataert, turma de 1897 Charles A. Young Endowed Professor de Astronomia na Universidade de Princeton. "Eles podem girar e, assim como um pião desacelera com o tempo e perde energia à medida que gira, os buracos negros giratórios também perdem energia para o seu entorno."

Este modelo foi amplamente aceito pelos cientistas desde a década de 1970. Eles sabiam que os campos magnéticos poderiam extrair energia de buracos negros giratórios, mas não sabiam como.

Uma equipe de astrofísicos de Princeton determinou agora conclusivamente que a energia próxima ao horizonte de eventos do buraco negro M87* é empurrada para fora e não para dentro. (M87 é o nome da galáxia Messier 87, então o buraco negro no centro da galáxia é denominado M87*). Os investigadores também criaram uma forma de testar a previsão de que um buraco negro perde energia rotacional e determinaram que é esta energia que produz “os poderosos fluxos que vemos, que chamamos de jatos”, disse Quataert.

A animação mostra como o campo magnético que atravessa o horizonte de eventos de um buraco negro fica distorcido à medida que o buraco negro gira mais rápido. Um buraco negro com rotação mais rápida “enrolará” o campo magnético mais rapidamente, fazendo com que o buraco negro perca mais energia para o seu entorno. Uma equipe de astrofísicos de Princeton observou o enrolamento das linhas do campo magnético em imagens linearmente polarizadas do buraco negro obtidas pelo Event Horizon Telescope. Foto/vídeo filmado por George Wong, do Instituto de Estudos Avançados da Universidade de Princeton

Alexandru Lupsasca, ex-pós-doutorado na Universidade de Princeton, disse que esses jatos de saída de energia são “basicamente como sabres de luz Jedi de um milhão de anos-luz” e são 10 vezes mais longos que a Via Láctea.

Suas descobertas foram publicadas recentemente no The Astrophysical Journal. Andrew Chael, pesquisador associado em astrofísica, é o primeiro autor do artigo. Ele e o coautor George Wong, ambos membros da equipe do Horizon Event Telescope, desempenharam um papel fundamental no desenvolvimento do modelo usado para explicar os buracos negros. Chael, Wong, Lupsasca e Quataert são todos teóricos afiliados ao Projeto Gravidade de Princeton.

A equipe credita a Char uma visão importante no cerne do novo artigo: a direção espiral das linhas do campo magnético revela a direção do fluxo de energia.

O buraco negro M87* (o asterisco indica o buraco negro localizado no centro da galáxia M87) atraiu a atenção do mundo quando foi detectado pela primeira vez pelo Telescópio de Eventos Horizon. Desde então, astrofísicos da Universidade de Princeton descobriram que o campo magnético distorcido que rodeia um buraco negro determina a espiral de polarização observada nas imagens do buraco negro. Em particular, a direção na qual a energia flui (do buraco negro para o campo magnético ou do campo magnético para o buraco negro) determina como a polarização é distorcida. Medindo a direção da hélice de polarização, podemos inferir se o campo magnético extrai energia de spin do buraco negro ou injeta energia de spin no buraco negro. Fonte: Modelos de Projeto de Gravidade de Princeton por Andrew Char, George Huang, Alexandru Lupusaska e Elliott Quartet

George Huang, pesquisador associado do Programa de Gravidade de Princeton e membro do Instituto de Estudos Avançados, disse: “Se você transformar a Terra em um explosivo TNT e explodi-lo 1.000 vezes por segundo durante milhões de anos, esta é a energia que obteremos do M87.”

Os cientistas sabem há décadas que quando um buraco negro começa a girar, ele arrasta consigo a estrutura do espaço-tempo. As linhas do campo magnético que passam por um buraco negro são arrastadas, retardando a rotação e causando uma liberação de energia.

Lupusaska, ex-pesquisador associado da Universidade de Princeton e atualmente professor assistente de física e matemática na Universidade Vanderbilt, recebeu o prêmio New Horizons em Física de 2024 da Breakthrough Prize Foundation por sua pesquisa sobre buracos negros.

A equipa de investigação disse que embora o fluxo de energia perto do horizonte de eventos de M87* flua para fora, o fluxo de energia pode, teoricamente, fluir para dentro em diferentes buracos negros. Eles estão confiantes na ligação entre o fluxo de energia e a direção das linhas do campo magnético, e a sua previsão de que o fluxo de energia vem de buracos negros será verificada com o lançamento do Telescópio Event Horizon de “próxima geração”, que ainda está em fase teórica.

Pesquisadores de buracos negros em todo o mundo têm proposto especificações para futuros instrumentos durante o último ano e meio, e os quatro pesquisadores enfatizaram em seu artigo que ainda não provaram conclusivamente que a rotação do buraco negro “realmente alimenta jatos extragalácticos”, embora a evidência certamente incline nessa direção. Embora os níveis de energia mostrados pelo seu modelo sejam proporcionais à energia exigida pelos jactos, eles não podem excluir a possibilidade de os jactos serem alimentados por plasma rotativo fora do buraco negro. “Acho que é altamente provável que buracos negros estejam alimentando jatos, mas não podemos provar isso”, disse Lupsasca. "Ainda não."

Fonte compilada: ScitechDaily