Apesar de décadas de estudo, os buracos negros ainda são um dos objetos mais intrigantes do Universo. Como sabemos pela Teoria da Relatividade Geral de Einstein, a força gravitacional destes remanescentes estelares altera a curvatura do espaço-tempo ao seu redor. Isso faz com que gás, poeira e até mesmo fótons (luz) em sua vizinhança caiam para dentro e formem discos que lentamente se acumulam em suas faces, para nunca mais serem vistos. No entanto, os astrônomos também notaram que podem produzir jatos poderosos que aceleram partículas carregadas até perto da velocidade da luz (também conhecidos como jatos relativísticos).
Esses jatos levam a poderosos explosões de raios gama (GRBs), que foram observados com buracos negros que possuem campos magnéticos poderosos. No entanto, a origem destes campos magnéticos permaneceu um mistério para os astrofísicos durante algum tempo. De acordo com nova pesquisa liderada por cientistas do Instituto Flatirona origem desses campos pode ter sido finalmente revelada. Com base numa série de simulações que conduziram e que modelaram o ciclo de vida das estrelas desde o nascimento até ao colapso, descobriram que os buracos negros herdam os seus campos magnéticos das próprias estrelas-mãe.
A pesquisa foi liderada por Minério Gottliebpesquisador da Astrofísica Teórica de Altas Energias (THEA) do Flatiron Institute’s Centro de Astrofísica Computacional (CCA) e da Universidade de Columbia Laboratório de Astrofísica. Ele se juntou a colegas do CCA e CAL e pesquisadores da Universidade do Arizona, do Observatório Stewarde Universidade de Princeton. O artigo que detalha suas descobertas foi publicado em 18 de novembro no Cartas de diários astrofísicos.
Os buracos negros formam-se a partir do colapso de estrelas de proto-nêutrons, que são essencialmente o que resta depois que estrelas massivas expelem suas camadas externas em uma explosão de supernova. Embora existam algumas teorias sobre de onde os buracos negros obtêm seu magnetismo, nenhuma poderia explicar o poder dos jatos dos buracos negros ou GRBs. Através das suas simulações, a equipa planeou inicialmente estudar as saídas de buracos negros, incluindo os jatos que produzem GRBs. No entanto, como Gottlieb explicou em um artigo da Simons Foundation Comunicado de imprensaa equipe teve um problema com os modelos:
“Não tínhamos certeza de como modelar o comportamento desses campos magnéticos durante o colapso da estrela de nêutrons em direção ao buraco negro. Então, essa foi uma questão que comecei a pensar pela primeira vez. O que se pensava ser o caso é que os campos magnéticos das estrelas em colapso estão em colapso no buraco negro. Durante este colapso, estas linhas de campo magnético tornam-se mais fortes à medida que são comprimidas, de modo que a densidade dos campos magnéticos aumenta.”
O único problema com esta teoria é que os fortes campos magnéticos das estrelas de nêutrons fazem com que elas percam o momento angular (sua rotação). Sem isso, o gás, o plasma e a poeira que rodeiam os buracos negros recém-formados não formarão um disco de acreção à sua volta. Isto, por sua vez, impediria que os buracos negros produzissem os jatos e as explosões de raios gama que os astrónomos observaram. Isto sugere que simulações anteriores de estrelas de nêutrons em colapso não forneceram uma imagem completa. Disse Gottlieb:
“Parece ser mutuamente exclusivo. São necessárias duas coisas para que os jatos se formem: um campo magnético forte e um disco de acreção. Mas um campo magnético adquirido por tal compressão não formará um disco de acreção, e se você reduzir o magnetismo ao ponto onde o disco pode se formar, então ele não será forte o suficiente para produzir os jatos. Simulações anteriores consideraram apenas estrelas de nêutrons isoladas e buracos negros isolados, onde todo o magnetismo é perdido durante o colapso. No entanto, descobrimos que essas estrelas de nêutrons têm seus próprios discos de acreção, assim como os buracos negros. E assim, a ideia é que talvez um disco de acreção possa salvar o campo magnético da estrela de nêutrons. Desta forma, um buraco negro se formará com as mesmas linhas de campo magnético que rodeiam a estrela de nêutrons.”
A equipa realizou cálculos para estrelas de neutrões que colapsam para formar buracos negros e descobriu que, na maioria dos casos, a escala de tempo para a formação do disco do buraco negro é muitas vezes mais curta do que a do buraco negro que perde o seu magnetismo. Em suma, antes de um buraco negro recém-formado engolir o campo magnético de uma estrela de proto-nêutrons, suas linhas de campo magnético ficam ancoradas no disco circundante da estrela de nêutrons e passam para o buraco negro. Como Gottlieb caracterizou-o:
“Portanto, o disco permite que o buraco negro herde um campo magnético da sua mãe, a estrela de neutrões. O que estamos a ver é que, à medida que este buraco negro se forma, o disco circundante da estrela de proto-nêutrons fixará essencialmente as suas linhas magnéticas no buraco negro. É muito emocionante finalmente compreender esta propriedade fundamental dos buracos negros e como eles alimentam as explosões de raios gama – as explosões mais luminosas do universo.”
Esta descoberta resolve o antigo mistério de onde os buracos negros obtêm os seus campos magnéticos. Também apresenta aos astrónomos novas oportunidades para estudar jactos relativísticos e explosões de raios gama, um dos fenómenos mais poderosos do Universo. Se confirmados, estes resultados sugerem que a formação de um disco de acreção inicial é a única coisa necessária para o surgimento de jatos poderosos. Gottlieb e sua equipe estão entusiasmados em testar esta teoria com observações futuras.
Leitura adicional: Fundação Simons, Cartas de diários astrofísicos
