Cientistas trouxeram o ambiente imediato de um buraco negro para a Terra criando um disco giratório de plasma em laboratório.
Este anel de gás superaquecido imita a matéria que gira em torno da borda dos buracos negros nos chamados “discos de acreção” que alimentam gradualmente a matéria para os buracos negros.
O experimento conduzido por pesquisadores do Imperial College London pode ajudar os cientistas a responder à questão de como os buracos negros crescem consumindo a matéria que os cerca.
“Entender como os discos de acreção se comportam não apenas nos ajudará a revelar como os buracos negros crescem, mas também como as nuvens de gás colapsam para se formar. estrelase até mesmo como poderíamos criar melhor nossas próprias estrelas ao entender a estabilidade dos plasmas em experimentos de fusão”, Vicente Valenzuela Villaseca, principal autor da pesquisa e pesquisador de pós-doutorado da Universidade de Princeton disse em comunicado.
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Discos de plasma ao redor de buracos negros foram imortalizados quando o Event Horizon Telescope (EHT) capturou o primeira imagem direta de um buraco negro.
Predominante nesta imagem histórica do buraco negro supermassivo no coração da galáxia Messier 87 (M87) – e em um imagem posterior do buraco negro supermassivo no via Láctea, Sagitário A* (Sgr A*) — é um anel laranja brilhante de plasma em torno do buraco negro central escuro.
Esse anel ocorre quando a matéria é atraída para um buraco negro, e sua imensa influência gravitacional cria condições turbulentas e violentas, aquecendo o gás e arrancando elétrons de seus átomos constituintes. Isso transforma o gás em plasma, um mar de átomos sem elétrons, ou íons e elétrons. Esse plasma forma um disco de acreção mantido estável pelo impulso externo da força centrífuga gerada por sua rotação e pela força interna da gravidade.
Essa estabilidade é ocasionalmente interrompida, fazendo com que o material do disco caia na superfície do buraco negro, mas os cientistas têm certeza de como surgem as instabilidades. Isso é importante para nossa compreensão dos buracos negros, pois eles não podem crescer sem que algum material seja adicionado.
Os cientistas dificilmente podem recriar um buraco negro como o de M87, que tem uma massa de 4,5 bilhões de vezes a de o sol. Isso significa que a próxima melhor coisa que eles podem fazer para estudar os ambientes desses titãs cósmicos de perto e pessoalmente é recriar o plasma que os envolve.
A equipe usou a máquina Mega Ampere Generator for Plasma Implosion Experiments (MAGPIE) para girar o plasma e criar uma replicação precisa dos discos de acreção. Isso exigia a aceleração de oito jatos de plasma e sua colisão para formar uma coluna giratória. A equipe descobriu que o plasma estava se movendo mais rapidamente nas regiões internas da coluna, algo que se acredita ser uma característica importante dos discos de acreção.
Apesar de permitir uma melhor modelagem dos discos de acreção, o experimento é apenas uma prova de conceito, principalmente porque o MAGPIE só pode gerar pulsos de plasma curtos, limitando as observações da equipe a não mais do que uma rotação completa do disco. Repetir o experimento com pulsos mais longos de plasma deve permitir que a equipe caracterize melhor os discos de acreção.
Um dos mecanismos sugeridos que causam instabilidades nesses discos de plasma são os campos magnéticos que dão origem ao atrito que causa uma perda de energia na matéria que resulta em sua acreção à superfície dos buracos negros. Pulsos de plasma mais longos no laboratório também permitiriam a introdução de campos magnéticos no sistema, permitindo que os pesquisadores testassem esse mecanismo.
“Estamos apenas começando a poder olhar para esses discos de acreção de maneiras totalmente novas, que incluem nossos experimentos e instantâneos de buracos negros com o Telescópio Event Horizon“, disse Valenzuela-Villaseca. “Isso nos permitirá testar nossas teorias e ver se elas correspondem às observações astronômicas.”
A pesquisa da equipe foi publicada na revista Cartas de revisão física.
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