Buracos negros gigantescos nos centros de galáxias como a nossa Via Láctea são conhecidos por, de tempos em tempos, abocanharem estrelas que passam perto demais.
Quando isso acontece, inicia-se um processo dramático e cheio de nuances: a estrela, ao mergulhar em direção ao buraco negro supermassivo, é esticada pelo efeito “espaguete” e literalmente despedaçada. Esse espetáculo de destroços brilhantes é chamado de evento de ruptura por maré.
Em um novo estudo publicado hoje no The Astrophysical Journal Letters, apresentamos as simulações mais detalhadas já feitas de como essa evolução se desenrola ao longo de um ano.
Um buraco negro destruindo um sol
O astrónomo norte-americano Jack G. Hills e o astrónomo britânico Martin Rees foram os primeiros a teorizar sobre eventos de ruptura por maré nas décadas de 1970 e 1980.
Na teoria de Rees, metade dos detritos da estrela permaneceria gravitacionalmente presa ao buraco negro, colidindo consigo mesma até formar um redemoinho quente e luminoso de matéria, conhecido como disco de acreção. Esse disco seria tão quente que deveria emitir uma grande quantidade de raios X.
No entanto, para surpresa geral, a maioria dos mais de 100 candidatos a eventos de ruptura por maré identificados até hoje foi observada brilhando principalmente em comprimentos de onda visíveis - e não em raios X.
As temperaturas inferidas nos detritos são de apenas 10.000 °C. Isso é comparável à superfície de uma estrela moderadamente quente, e não aos milhões de graus esperados para gás muito quente ao redor de um buraco negro supermassivo.
Ainda mais estranho é o tamanho deduzido para o material luminoso ao redor do buraco negro: várias vezes maior do que o nosso Sistema Solar e expandindo-se rapidamente para longe do buraco negro a alguns por cento da velocidade da luz.
Como até mesmo um buraco negro de um milhão de massas solares é só um pouco maior do que o nosso Sol, o tamanho gigantesco dessa “bola” brilhante de matéria indicado pelas observações foi totalmente inesperado.
Embora astrofísicos tenham especulado que, durante a ruptura, o buraco negro precisaria ficar de alguma forma “abafado” por material - o que explicaria a falta de emissão em raios X -, até agora ninguém tinha conseguido demonstrar como isso acontece de facto. É aqui que entram as nossas simulações.
Um gole e um arroto
Buracos negros comem de maneira desastrada - não muito diferente de uma criança de cinco anos diante de uma tigela de espaguete. Uma estrela começa como um corpo compacto, mas acaba “espaguetificada”: esticada até virar um fio longo e fino pelas marés extremas do buraco negro.
Enquanto metade da matéria da estrela agora triturada é puxada (o “gole”) em direção ao buraco negro, apenas 1% é realmente engolido. O restante acaba sendo expulso para longe do buraco negro em uma espécie de "arroto" cósmico.
Simular eventos de ruptura por maré num computador não é simples. As leis de gravidade de Newton não descrevem corretamente o que ocorre perto de um buraco negro supermassivo, então é preciso incorporar todos os efeitos curiosos e poderosos da teoria geral da relatividade de Einstein.
Mas trabalho duro é para isso que existem doutorandos. O nosso recém-formado, David Liptai, desenvolveu um novo método de simulação “do jeito do Einstein”, o que permitiu à equipa fazer experiências atirando estrelas desavisadas, em termos gerais, na direção do buraco negro mais próximo. Você até pode fazer isso também.
As simulações resultantes - vistas nos vídeos aqui - são as primeiras a acompanhar um evento de ruptura por maré completo, do gole ao "arroto".
Elas seguem a estrela durante a “espaguetificação” até o momento em que os detritos voltam a cair sobre o buraco negro e passam por uma aproximação muito estreita, que transforma o fluxo em algo parecido com uma mangueira de jardim se contorcendo. A simulação se estende por mais de um ano após o mergulho inicial.
Foram necessários mais de 12 meses de processamento em um dos supercomputadores mais potentes da Austrália. Na versão vista de longe, a sequência é a seguinte:
O que descobrimos?
Para nossa grande surpresa, descobrimos que o 1% de material que de fato cai no buraco negro gera tanto calor que alimenta um escoamento extremamente poderoso e quase esférico. (Um pouco como aquela vez em que você comeu curry demais - e, em boa medida, pelo mesmo motivo.)
O buraco negro simplesmente não consegue engolir tudo isso; assim, o que ele não consegue tragar acaba sufocando o “motor” central e é lançado para fora de forma contínua.
Quando observadas como seriam pelos nossos telescópios, as simulações ajudam a explicar muita coisa. No fim das contas, os investigadores anteriores estavam certos sobre o abafamento. A aparência é esta:
As novas simulações mostram por que eventos de ruptura por maré realmente parecem uma estrela do tamanho do Sistema Solar, expandindo-se a alguns por cento da velocidade da luz, alimentada por um buraco negro no interior. Na prática, daria até para chamar isso de um "sol de buraco negro".
Daniel Price, Professor de Astrofísica, Monash University
Este artigo foi republicado de The Conversation sob licença Creative Commons. Leia o artigo original.
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