É assim que os buracos negros geram os seus poderosos jatos: astrónomos explicam o que causa estas rajadas de energia
Os jatos são enormes rajadas de energia e matéria nos pólos de rotação de, por exemplo, protoestrelas ou buracos negros. Os astrónomos de Frankfurt descobriram que os fortes campos magnéticos são parcialmente responsáveis por estes jatos.
Já em 1918, o astrónomo americano Heber Curtis observou um misterioso jato que emanava do centro de uma galáxia distante. Só um século mais tarde é que se tornou claro o que tinha visto: o jato de alta energia do buraco negro supermassivo M87*.
Atualmente, M87* é considerado um dos buracos negros mais bem estudados da história. Foi o primeiro cuja sombra foi captada pela Event Horizon Telescope Collaboration em 2019, um marco na astrofísica moderna. No entanto, a forma como estes enormes jatos de energia e matéria puderam ser lançados para o espaço ao longo de milhares de anos-luz só foi parcialmente explicada.
O buraco negro M87* tem seis mil milhões e meio de vezes a massa do Sol e situa-se no centro da galáxia gigante Messier 87, na constelação de Virgem.
Uma equipa de investigação da Universidade Goethe de Frankfurt, liderada pelo Professor Luciano Rezzolla, desenvolveu um código numérico que descreve a forma como os buracos negros convertem parte da sua energia de rotação em jatos extremamente rápidos.
O novo código, designado por Frankfurt Particle-in-Cell Code for Black Hole Spacetime (FPIC), modela os processos físicos que ocorrem na vizinhança destes corpos celestes.
Como é que os jatos se originam?
Até agora, o mecanismo de Blandford-Znajek tem sido a explicação predominante para estas explosões de energia. De acordo com esta teoria, os jatos são gerados por fortes campos magnéticos que extraem energia do buraco negro em rotação e a convertem em radiação e plasma. No entanto, as simulações mostram que isto é apenas parcialmente verdade.
— Dr. Filippo Camilloni, Instituto de Física Teórica, Universidade Goethe de Frankfurt
Durante a reconexão magnética, as linhas de campo magnético são quebradas e reconectadas. Neste processo, a energia magnética armazenada é convertida de forma explosiva em calor, radiação e matéria ejetada.
No plano equatorial do buraco negro, os cálculos mostraram uma intensa atividade de reconexão, que deu origem a uma cadeia de plasmóides: bolhas compactas de plasma que se movem quase à velocidade da luz. Isto, por sua vez, produz partículas com energia negativa, que impulsionam jatos e outros fenómenos de energia extremamente elevada.
"O nosso trabalho permite-nos demonstrar como a energia é extraída de buracos negros em rotação e canalizada para jatos", explica Rezzolla. "Isto ajudar-nos-á a compreender melhor as enormes luminosidades dos núcleos galácticos ativos e a aceleração das partículas até quase à velocidade da luz".
Cálculos complexos
Foram necessários milhões de horas de cálculo no supercomputador Goethe, em Frankfurt, e no supercomputador Hawk, em Estugarda, para simular com precisão o movimento das partículas carregadas e a evolução dos campos eletromagnéticos num espaço-tempo altamente curvo.
- Dr. Claudio Meringolo, Instituto de Física Teórica, Universidade Goethe de Frankfurt, responsável pelo desenvolvimento do código
Os investigadores tiveram de resolver simultaneamente as equações de Maxwell e a teoria geral da relatividade de Einstein, o que representou um enorme desafio computacional.
"Para além da realização técnica, os resultados representam um triunfo científico para os investigadores. “É incrivelmente excitante poder utilizar códigos numéricos sofisticados para compreender o que acontece perto de um buraco negro”, diz Rezzolla. "Mas é ainda mais gratificante explicar os resultados com uma matemática rigorosa, como fizemos no nosso trabalho".
Referência da notícia
Meringolo, S., Camilloni, F., & Rezzolla, L. (2025): Electromagnetic Energy Extraction from Kerr Black Holes: Ab-Initio Calculations. Astrophysical Journal Letters.