Novo estudo: campos magnéticos caóticos e turbulência do plasma explicam radiação de raios X de buracos negros

São PauloPesquisadores da Universidade de Helsinque desvendam emissão de raios-X por buracos negros

Pesquisadores da Universidade de Helsinque descobriram por que os buracos negros emitem raios-X, uma questão que intriga cientistas desde a década de 1970. Eles encontraram a resposta nas interações entre campos magnéticos e gás de plasma. Utilizando simulações de supercomputadores, os cientistas observaram que os campos magnéticos causam turbulência no plasma, aquecendo-o e resultando na emissão de raios-X.

Pesquisadores têm investigado os discos de matéria que se formam ao redor dos buracos negros. Quando uma estrela massiva colapsa em um buraco negro, ela pode ter uma estrela companheira próxima. A matéria dessa estrela companheira é atraída em direção ao buraco negro e brilha intensamente como raios-X em forma de disco de acréscimo. Cientistas acreditam que esses raios-X são gerados pelas interações entre o gás e os campos magnéticos, semelhante ao que ocorre nas erupções solares.

Descobertas Principais:

• Campos magnéticos caóticos geram turbulência no plasma ao redor de buracos negros.
• A turbulência aquece o plasma, levando-o a emitir raios-X.
• Efeitos quânticos têm um papel significativo nas dinâmicas desse plasma.
• O plasma pode existir em dois estados de equilíbrio influenciados por radiação externa.

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As simulações revelaram que a turbulência é tão intensa que os efeitos quânticos tornam-se relevantes. No plasma de elétrons e pósitrons, fótons podem se transformar em elétrons e pósitrons e vice-versa. Isso é significativo porque, em condições normais, essas partículas raramente aparecem juntas. As altas energias próximas aos buracos negros tornam isso possível.

Incorporar esses efeitos quânticos nos modelos exigiu bastante tempo, mas foi fundamental. Esse trabalho proporcionou uma compreensão clara sobre a origem da radiação de raios X. O plasma pode ser transparente e frio ou denso e quente, dependendo da radiação externa. Isso explica os diferentes estados dos raios X observados nos discos de acreção.

O estudo apresenta efeitos significativos. Ao explorar esses ambientes extremos, os cientistas podem compreender melhor eventos de alta energia no espaço. Isso pode influenciar futuras pesquisas em astrofísica e auxiliar na criação de modelos mais precisos.

O projeto recebeu €2,2 milhões do Conselho Europeu de Pesquisa para estudar a interação entre plasma e radiação. Os resultados foram publicados na Nature Communications e representam um avanço significativo na astrofísica computacional do plasma.