Assista a um buraco negro despedaçar uma estrela em novas simulações insanas: WebCuriosos

Sabe-se que buracos negros gigantes nos centros de galáxias como a nossa Via Láctea ocasionalmente mastigam estrelas próximas.

Isto leva a um processo dramático e complexo, à medida que a estrela que mergulha em direção ao buraco negro supermassivo é espaguetificado e e rasgado em pedaços. Os fogos de artifício resultantes são conhecidos como evento de perturbação das marés.

Em um novo estudo publicado hoje em As cartas do jornal astrofísicoproduzimos as simulações mais detalhadas até o momento sobre como esse processo evolui ao longo de um ano.

Um buraco negro destruindo um sol

O astrônomo americano Jack G. Hills e o astrônomo britânico Martin Rees teorizaram pela primeira vez sobre eventos de perturbação de marés nas décadas de 1970 e 80.

Teoria de Rees previu que metade dos detritos da estrela permaneceriam ligados ao buraco negro, colidindo consigo mesmo para formar um redemoinho de matéria quente e luminoso conhecido como disco de acreção. O disco estaria tão quente que deveria irradiar uma grande quantidade de raios X.

Mas, para surpresa de todos, descobriu-se que a maioria dos mais de 100 possíveis eventos de perturbação das marés descobertos até agora brilham principalmente em comprimentos de onda visíveis, e não em raios-X.

As temperaturas observadas nos escombros são de apenas 10.000 graus Celsius. É como a superfície de um estrela moderadamente quentee não os milhões de graus esperados do gás quente em torno de um buraco negro supermassivo.

Ainda mais estranho é o tamanho inferido do material brilhante em torno do buraco negro: várias vezes maior que o nosso Sistema Solar e expandindo-se rapidamente para longe do buraco negro a uma pequena percentagem da velocidade da luz.

Dado que mesmo um buraco negro com um milhão de massa solar é apenas um pouco maior que o nosso Sol, o enorme tamanho da bola brilhante de material inferida a partir das observações foi uma surpresa total.

Embora os astrofísicos tenham especulado que o buraco negro deve ter sido de alguma forma sufocado por material durante a perturbação para explicar a falta de emissões de raios X, até à data ninguém foi capaz de mostrar como isso realmente ocorre. É aqui que entram nossas simulações.

Um gole e um arroto

Os buracos negros comem bagunça – não muito diferente de uma criança de cinco anos com uma tigela de espaguete. Uma estrela começa como um corpo compacto, mas fica espaguetificada: esticada até formar um fio longo e fino pelas marés extremas do buraco negro.

À medida que metade da matéria da estrela agora desfiada é sugada em direção ao buraco negro, apenas 1% dela é realmente engolida. O resto acaba sendo soprado para longe do buraco negro em uma espécie de “arroto” cósmico.

Simular eventos de perturbação de marés com um computador é difícil. As leis da gravidade de Newton não funcionam perto de um buraco negro supermassivo, então é preciso incluir todos os efeitos estranhos e maravilhosos da teoria geral da relatividade de Einstein.

Mas o trabalho duro é a razão pela qual os estudantes de doutorado servem. Nosso recém-formado, David Liptai, desenvolveu um novo método de simulação do tipo “faça-o-Einstein” que permitiu à equipe fazer experiências lançando estrelas inocentes na direção geral do buraco negro mais próximo. Você pode até faça você mesmo.

As simulações resultantes, vistas nos vídeos aqui, são as primeiras a mostrar eventos de perturbação das marés desde o sorvo até ao arroto.

Eles seguem a espaguetificação da estrela até o momento em que os detritos caem de volta no buraco negro, e então uma aproximação que transforma o riacho em algo como uma mangueira de jardim contorcida. A simulação dura mais de um ano após a queda inicial.

Demorou mais de um ano para funcionar em um dos os supercomputadores mais poderosos da Austrália. A versão reduzida é assim:

O que descobrimos?

Para nossa grande surpresa, descobrimos que 1% do material que cai no buraco negro gera tanto calor que alimenta um fluxo extremamente poderoso e quase esférico. (Um pouco como aquela vez em que você comeu curry demais, e pelo mesmo motivo.)

O buraco negro simplesmente não consigo engolir tanto assimentão o que ele não consegue engolir sufoca o motor central e é constantemente atirado para longe.

Quando observadas como seriam pelos nossos telescópios, as simulações explicam muita coisa. Acontece que pesquisadores anteriores estavam certos sobre o sufocamento. Parece assim:

As novas simulações revelam porque é que os eventos de perturbação das marés realmente se parecem com uma estrela do tamanho do sistema solar que se expande a uma pequena percentagem da velocidade da luz, alimentada por um buraco negro no seu interior. Na verdade, alguém poderia até chamá-lo de “sol do buraco negro“.

Daniel PreçoProfessor de Astrofísica, Universidade Monash

Este artigo foi republicado de A conversa sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.