Desvendando o caos: supercomputadores revelam a turbulência em discos de acreção de buracos negros

São PauloPesquisadores das universidades Tohoku e Utsunomiya avançaram significativamente na compreensão da turbulência em discos de acreção de buracos negros. Utilizando supercomputadores poderosos, como o "Fugaku" do RIKEN e o "ATERUI II" do NAOJ, eles realizaram as simulações mais detalhadas até hoje. Esse avanço nos auxilia a interpretar melhor os dados do Telescópio do Horizonte de Eventos e de outras ferramentas de observação.

Esta pesquisa se concentra na realização de simulações detalhadas de discos de gás, na observação da turbulência nesses discos e na descoberta de que as ondas magnetossônicas lentas desempenham um papel crucial.

Discos de acreção são formados por gás que se move em direção aos buracos negros. O movimento nesses discos é complexo. Compreender isso é crucial porque influencia a luz que observamos. Essa luz nos ajuda a estudar buracos negros de forma indireta, já que eles próprios não emitem luz.

Simulações anteriores não tinham poder computacional suficiente para estudar a faixa inercial, crucial para compreender a distribuição de energia entre diferentes tamanhos de fluxos turbulentos. As simulações mais recentes revelaram que as ondas magnetossônicas lentas são predominantes nessa faixa, o que contrasta com a turbulência do vento solar, onde as ondas de Alfvén são mais comuns.

Ondas Magnetossônicas e Suas Implicações em Discos de Acreção

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Ondas magnetossônicas são um tipo de onda explicada pela magnetohidrodinâmica. Elas são fundamentais para entender o comportamento das partículas carregadas em discos de acreção. Estudos mostram que ondas magnetossônicas lentas, em vez das ondas de Alfvén, são mais prevalentes e causam aquecimento específico dos íons nesses discos. Isso influencia nossa compreensão dos ambientes em torno de buracos negros e seus processos energéticos. Por exemplo, esse conhecimento sobre aquecimento pode ajudar a explicar teorias sobre a formação de jatos e outras características relacionadas aos buracos negros.

Campos eletromagnéticos turbulentos nesses discos influenciam tanto o aquecimento quanto a aceleração de partículas. Isso pode contribuir para a criação de raios cósmicos ou outros eventos de alta energia observados no espaço. Confirmar que ondas magnetossônicas lentas são comuns na faixa inercial também abre novas possibilidades para compreender dados de radiotelescópios que estudam áreas próximas a buracos negros.

A descoberta revela que a turbulência em discos de acreção é essencialmente diferente da turbulência em outros ambientes espaciais. Por exemplo, no vento solar, a turbulência é principalmente influenciada por ondas de Alfvén. Isso significa que os discos de acreção oferecem uma oportunidade única para estudar diferentes tipos de turbulência e como a energia se move entre várias escalas.

Este estudo não apenas amplia nosso conhecimento teórico, mas também facilita a observação e compreensão das condições extremas do universo. Compreendendo melhor a turbulência em discos de acreção, os cientistas podem interpretar dados de telescópios e outros instrumentos com maior precisão.