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Vídeo revela causa de explosões no buraco negro da Via Láctea

As explosões no disco de acreção do buraco negro supermassivo da Via Láctea são explicadas em vídeo 3D, que revela bolhas de plasma quente de menor densidade

23 abr 2024 - 07h00
(atualizado às 11h49)
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Os cientistas usaram inteligência artificial para revelar uma estrutura de uma explosão observada no buraco negro supermassivo Sagittarius A* (Sgr A*), localizado no centro da Via Láctea. O resultado, apresentado em vídeo, vau ajudá-los a entender melhor o ambiente caótico ao redor desse tipo de objeto.

Foto: EHT Collaboration / Canaltech

Em 2017, o Atacama Large Millimeter Array (ALMA), no Chile, observou o Sagittarius A* (pronuncia-se Sagitário A estrela) durante 100 minutos, logo após uma explosão em seu disco de acreção.

Tais explosões parecem ocorrer com bastante frequência, segundo estudos anteriores. Análises de 2017 as observaram em intervalos de 149 minutos, enquanto uma pesquisa de 2022 revelou ondas de rádio em períodos de 70 minutos.

Além de ondas de rádio, os eventos também causam a emissão de sinais de raios X, mas ainda há pouca compreensão sobre o que realmente causa as explosões. A hipótese mais promissora é que a culpa seja de bolhas menos densas no disco de acreção do buraco negro.

Ilustração fora de escala de uma bolha de plasma na órbita do Sgr A* (Imagem: Reprodução/EHT/ESO/M. Kornmesser)
Ilustração fora de escala de uma bolha de plasma na órbita do Sgr A* (Imagem: Reprodução/EHT/ESO/M. Kornmesser)
Foto: Canaltech

O disco de acreção é formado por matéria atraída pelo campo gravitacional extremo dos buracos negros. Antes de cair no horizonte de eventos (ponto de onde nada pode escapar, nem mesmo a luz), essa matéria é acelerada a velocidades alucinantes e transformada em plasma — ou seja, seus elétrons são arrancados dos núcleos atômicos.

Uma vez livres, as partículas carregadas (elétrons e prótons) ficam altamente suscetíveis aos campos magnéticos do buraco negro, resultando em um fenômeno conhecido como luz síncroton, que é aquela produzida em alguns aceleradores de partículas. Essa luz é emitida em diversos comprimentos de onda, podendo assim ser detectada por telescópios poderosos.

Contudo, muitas outras coisas acontecem no disco de acreção e sua interação com os campos magnéticos e gravitacionais do buraco negro; entre elas, as explosões detectadas no Sgr A*. Para estudar esses processos em menores escalas, os astrônomos contam com simulações em supercomputadores e algoritmos de aprendizagem de máquina.

Explosões no Sgr A*

A região em torno do buraco negro supermassivo de nossa galáxia tem sido analisada há anos e recebeu uma grande ajuda em 2022, graças à sua primeira foto real obtida pelo Event Horizon Telescope. Com essa imagem, os astrofísicos tiveram uma oportunidade única de observar o disco de acreção em forma de anel em torno do buraco negro.

Em seguida, estudos realizados pelo ALMA mostram variabilidade considerável na emissão de radiação desse objeto devido às explosões no disco de acreção, revelando a presença de matéria bem próxima ao horizonte de eventos. Agora, o novo estudo traz uma reconstrução 3D dessa emissão, baseada nas observações de 2017.

Para isso, os autores desenvolveram uma nova abordagem computacional chamada tomografia polarimétrica orbital, que difere daquela usada pelo próprio EHT. Em vez de observar a evolução da explosão em diversas imagens, usando múltiplos pontos de vista, o novo estudo traz uma simulação tridimensional. Confira no vídeo abaixo.

A grande diferença nessa abordagem é que o método considera o movimento da luz em raios curvos, definidos pela massa e rotação do buraco negro. Na simulação convencional, o espaço e o tempo são "planos", em vez de curvos, geralmente para poupar os supercomputadores de cálculos muito mais complexos — daí a importância de contar com uma IA para ajudar na modelagem.

Graças à inteligência artificial, capaz de representar tridimensionalmente a evolução de um único pixel (ponto quente) nas imagens do ALMA ao longo do tempo, a equipe conseguiu observar regiões compactas e brilhantes a uma distância de aproximadamente seis vezes o raio do horizonte de eventos.

Essa simulação reforça a ideia de que as explosões frequentes no Sgr A* ocorrem, de fato, devido aos pontos quentes, isto é, por bolhas de plasma de menor densidade do disco de acreção. O vídeo final combina surpreendentemente bem com as observações do ALMA, um indício de que esta hipótese está correta.

O artigo que descreve a pesquisa foi publicado na Nature.

Fonte: Nature

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