Revelando os mistérios dos Quasares: Um buraco negro em 3D
Uma representação tridimensional inovadora que ilustra o comportamento irregular da alimentação de um buraco negro oferece uma explicação plausível para as ações peculiares dos quasares, assemelhando-se a um interruptor de intensidade luminosa.
As galáxias normalmente exibem um ritmo tranquilo em suas atividades, mas os quasares de “mudança de aspecto” desafiam essa norma. Essas entidades enigmáticas podem alternar suas emissões de radiação ligadas e desligadas em um período de apenas alguns anos, ou, em alguns casos, meses. Esse ato de desaparecimento surpreendeu os astrofísicos em sua observação inicial em 2014 e tem continuado a intrigar cientistas desde então.
Quasares, abreviação de “quasi-stellar radio sources” (fontes de rádio quasi-estelares), residem no centro de galáxias recém-formadas, irradiando aproximadamente 27 trilhões de vezes mais intensamente do que nosso próprio Sol. Esses objetos luminosos consistem em um voraz buraco negro supermassivo e seu sustento acompanhante: o gás e a poeira em rotação que compõem um disco de acreção.
Modelos anteriores operavam com a suposição de que a matéria que circunda um buraco negro seguiria uma descida relativamente ordenada através do horizonte de eventos, assemelhando-se à água em espiral descendo pelo ralo. Esse processo foi presumido como se estendendo a um lazeroso período de 10.000 anos ou mais.
Nick Kaaz, o autor principal e astrofísico afiliado à Universidade Northwestern nos Estados Unidos, observa: “Por décadas, as pessoas fizeram uma grande suposição de que os discos de acreção estavam alinhados com a rotação do buraco negro. Mas o gás que alimenta esses buracos negros não necessariamente sabe em que direção o buraco negro está girando, então por que eles automaticamente estariam alinhados? Mudar o alinhamento muda drasticamente o cenário.”
A equipe de pesquisa empreendeu a criação de um modelo computacional 3D ilustrando um buraco negro em rotação, porém desalinhado com seu disco de acreção, o que resultou em resultados intrigantes.
Em vez de espelhar o comportamento de uma massa de pizza girando no dedo de um chef, o disco de acreção começou a distorcer e fragmentar. Ele se dividiu em um subdisco interno e um disco externo, sendo que cada disco assumiu uma inclinação diferente, semelhante a um giroscópio.
Essa divisão do disco ocorreu devido à força rotacional do buraco negro, distorcendo o espaço-tempo que o cerca, um fenômeno enraizado na relatividade geral chamado de “frame-dragging” (arrastamento de quadro). Kaaz esclarece: “Quando os buracos negros giram, eles arrastam o espaço ao seu redor como um carrossel gigante e o forçam a girar também.”
O “frame-dragging” exerce uma influência mais poderosa sobre o material mais próximo do buraco negro, exercendo uma atração mais suave sobre o material externo. Essa divergência de efeito resulta na rotação acelerada do disco interno em comparação com o disco externo.
Inicialmente, as forças de fricção e pressão mantêm o disco unificado. No entanto, com o tempo, a torção do espaço-tempo pelo buraco negro faz com que o disco interno se separe, formando um disco menor e mais manobrável. Kaaz esclarece: “A região de separação é onde o buraco negro vence.”
Esses dois discos, existindo em ângulos distintos um em relação ao outro, colidem, gerando choques. “Streamers” (faixas) do disco externo caem sobre o subdisco interno, compelindo a matéria a ser direcionada para o buraco negro a um ritmo acelerado.
Essa massa aumentada impulsiona o disco interno em direção ao buraco negro, onde é eventualmente engolida. Posteriormente, a atração gravitacional do buraco negro extrai gás da região externa para repor a região interna. Esses processos oferecem insights sobre o comportamento abrupto de ligar e desligar dos quasares.
Kaaz afirma: “A teoria clássica dos discos de acreção não pode explicar essa variação drástica. Mas os fenômenos que vemos em nossas simulações potencialmente poderiam explicar isso. O rápido aumento e diminuição são consistentes com as regiões internas do disco sendo destruídas.” [Science Alert]
