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Sagitário A *. Esta imagem foi tirada com o Observatório de Raios-X Chandra da NASA. Crédito: Domínio público
Como a maioria das galáxias, a Via Láctea abriga um buraco negro supermassivo no centro. Chamado Sagitário A *, o objeto capturou a curiosidade dos astrônomos por décadas. E agora há um esforço para imaginá-lo diretamente.
Capturar uma boa foto da besta celestial exigirá uma melhor compreensão do que está acontecendo ao seu redor, o que se mostrou desafiador devido às vastas escalas envolvidas. "Essa é a maior coisa que tivemos que superar", disse Sean Ressler, pesquisador de pós-doutorado no Instituto Kavli de Física Teórica (KITP) da UC Santa Barbara, que acabou de publicar um artigo no Astrophysical Journal Letters , investigando as propriedades magnéticas do disco de acreção. ao redor de Sagitário A *.
No estudo, Ressler, seu colega pós-doc do KITP, Chris White, e seus colegas Eliot Quataert, da UC Berkeley, e James Stone, do Institute for Advanced Study, procuraram determinar se o campo magnético do buraco negro, gerado por matéria em queda, pode até o ponto em que interrompe brevemente esse fluxo, uma condição que os cientistas chamam de detenção magnética. Responder a isso exigiria a simulação do sistema até as estrelas em órbita mais próximas.
O sistema em questão abrange sete ordens de magnitude. O horizonte de eventos do buraco negro , ou envelope sem retorno, alcança cerca de 10 a 15 milhões de quilômetros do centro. Enquanto isso, as estrelas orbitam a cerca de 30 trilhões de quilômetros de distância, ou até a estrela vizinha mais próxima do sol.
"Portanto, é necessário rastrear o assunto que cai dessa escala muito grande, até essa escala muito pequena", disse Ressler. "E fazer isso em uma única simulação é incrivelmente desafiador, a ponto de ser impossível". Os menores eventos ocorrem em escalas de segundos, enquanto os maiores fenômenos se desenrolam ao longo de milhares de anos.
Este artigo conecta simulações em pequena escala, baseadas principalmente em teoria, com simulações em grande escala que podem ser restringidas por observações reais. Para conseguir isso, Ressler dividiu a tarefa entre modelos em três escalas sobrepostas.
A primeira simulação baseou-se em dados das estrelas circundantes de Sagitário A *. Felizmente, a atividade do buraco negro é dominada por apenas cerca de 30 estrelas Wolf-Rayet, que expelem tremendas quantidades de material. "A perda de massa de apenas uma das estrelas é maior que a quantidade total de material que cai no buraco negro durante o mesmo tempo", disse Ressler. As estrelas passam apenas cerca de 100.000 anos nesta fase dinâmica antes de passar para um estágio mais estável da vida.
Usando dados observacionais, Ressler simulou as órbitas dessas estrelas ao longo de mil anos. Ele então usou os resultados como ponto de partida para uma simulação de distâncias de médio alcance, que evoluem em escalas de tempo mais curtas. Ele repetiu isso para uma simulação até o limite do horizonte de eventos, onde a atividade ocorre em questão de segundos. Em vez de costurar sobreposições rígidas, essa abordagem permitiu que Ressler desbotasse os resultados das três simulações.
"Esses são realmente os primeiros modelos de acréscimo nas escalas menores de [Sagitário] A * que levam em conta a realidade do suprimento de matéria proveniente de estrelas em órbita", disse o co-autor White.
E a técnica funcionou esplendidamente. "Foi além das minhas expectativas", observou Ressler.
Os resultados indicaram que Sagitário A * pode ficar preso magneticamente. Isso foi uma surpresa para a equipe, já que a Via Láctea tem um centro galáctico relativamente calmo. Geralmente, buracos negros presos magneticamente têm jatos de alta energia atirando partículas para longe em velocidades relativísticas. Até agora, porém, os cientistas têm visto poucas evidências de jatos em torno de Sagitário A *.
"O outro ingrediente que ajuda a criar jatos é um buraco negro que gira rapidamente", disse White, "então isso pode estar nos dizendo algo sobre a rotação do Sagitário A *".
Infelizmente, é difícil determinar a rotação do buraco negro. Ressler modelou Sagitário A * como um objeto estacionário. "Não sabemos nada sobre a rotação", disse ele. "Existe a possibilidade de que na verdade não esteja girando".
Ressler e White planejam modelar um buraco traseiro giratório, o que é muito mais desafiador. Introduz imediatamente uma série de novas variáveis, incluindo taxa de rotação, direção e inclinação em relação ao disco de acreção. Eles usarão dados do interferômetro GRAVITY do Observatório Europeu do Sul para orientar essas decisões.
A equipe usou as simulações para criar imagens que podem ser comparadas às observações reais do buraco negro. Os cientistas da colaboração Event Horizon Telescope - que chegaram às manchetes em abril de 2019 com a primeira imagem direta de um buraco negro - já solicitaram os dados da simulação para complementar seus esforços para fotografar Sagitário A *.
O Event Horizon Telescope efetivamente leva uma média de tempo de suas observações, o que resulta em uma imagem borrada. Isso foi menos problemático quando o observatório estava de olho no Messier 87 *, porque é cerca de 1.000 vezes maior que o Sagitário A *, por isso muda cerca de 1.000 vezes mais lentamente.
"É como tirar uma foto de uma preguiça versus tirar uma foto de um beija-flor", explicou Ressler. Seus resultados atuais e futuros devem ajudar o consórcio a interpretar seus dados em nosso próprio centro galáctico.
Os resultados de Ressler são um grande passo à frente em nossa compreensão da atividade no centro da Via Láctea. "Esta é a primeira vez que o Sagitário A * é modelado em uma faixa tão grande de raios em simulações em 3D, e as primeiras simulações em escala de horizonte de eventos a empregar observações diretas das estrelas Wolf-Rayet ", disse Ressler.
Explorar mais
Mais informações: Sean M. Ressler et al. Ab Initio Simulações em escala horizontal de acreção magnetizada em Sagitário A * alimentado por ventos estelares, The Astrophysical Journal (2020). DOI: 10.3847 / 2041-8213 / ab9532
Informações do periódico: Astrophysical Journal Letters , Astrophysical Journa
Fornecido por University of California - Santa Barbara
Fonte: Phys News / por Harrison Tasoff, Universidade da Califórnia - Santa Barbara /12-06-2020
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HélioR.M.Cabral (Economista,
Escritor e Divulgador de conteúdos da
Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.
Membro da Society for
Science andthePublic (SSP) e assinante de conteúdoscientíficos da NASA
(NationalAeronauticsand Space Administration) e ESA (European Space Agency).
Participa
do projeto S`CoolGroundObservation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (CloudsandEarth´sRadiant Energy System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica
Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The GlobeProgram / NASA
GlobeCloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela
NationalOceanicandAtmosphericAdministration (NOAA) e U.S DepartmentofState.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
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