p Guillaume Loisel, do Sandia National Laboratories, posa com a máquina Z de Sandia, onde experimentos práticos contradizem uma suposição de longa data sobre os espectros de raios-X da vizinhança dos buracos negros no espaço. Loisel é a principal autora de um artigo sobre os resultados experimentais, publicado em Cartas de revisão física . Clique na miniatura para ver uma imagem em alta resolução. Crédito:Randy Montoya, Sandia National Laboratories
p Uma suposição de longa data, mas não comprovada, sobre os espectros de raios-X dos buracos negros no espaço foi desmentida por experimentos práticos realizados na máquina Z do Sandia National Laboratories. p Z, a fonte de raios-X de laboratório mais energética da Terra, pode duplicar os raios X que cercam os buracos negros que, de outra forma, só podem ser observados de uma grande distância e, então, teorizados.
p "Claro, emissão direta de buracos negros não pode ser observada, "disse o pesquisador Sandia e autor principal Guillaume Loisel, autor principal de um artigo sobre os resultados experimentais, publicado em agosto em
Cartas de revisão física . "Vemos emissão da matéria circundante pouco antes de ser consumida pelo buraco negro. Essa matéria circundante é forçada a assumir a forma de um disco, chamado de disco de acreção. "
p Os resultados sugerem que revisões são necessárias aos modelos anteriormente usados para interpretar as emissões da matéria antes de ser consumida pelos buracos negros, e também a taxa relacionada de crescimento de massa dentro dos buracos negros. Um buraco negro é uma região do espaço sideral da qual nenhum material e nenhuma radiação (ou seja, Raios X, luz visível, e assim por diante) podem escapar porque o campo gravitacional do buraco negro é muito intenso.
p “Nossa pesquisa sugere que será necessário retrabalhar muitos artigos científicos publicados nos últimos 20 anos, "Loisel disse." Nossos resultados desafiam os modelos usados para inferir com que rapidez os buracos negros engolem matéria de sua estrela companheira. Estamos otimistas de que os astrofísicos irão implementar todas as mudanças que forem necessárias. "
p A maioria dos pesquisadores concorda que uma ótima maneira de aprender sobre buracos negros é usar instrumentos baseados em satélite para coletar espectros de raios-X, disse Sandia co-autor Jim Bailey. “O problema é que os plasmas que emitem os raios X são exóticos, e os modelos usados para interpretar seus espectros nunca foram testados em laboratório até agora, " ele disse.
p O astrofísico da NASA Tim Kallman, um dos co-autores, disse, "O experimento Sandia é empolgante porque é o mais perto que alguém já chegou de criar um ambiente que é uma recriação do que está acontecendo perto de um buraco negro."
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A teoria deixa a realidade para trás
p A divergência entre teoria e realidade começou há 20 anos, quando os físicos declararam que certos estágios de ionização de ferro (ou íons) estavam presentes no disco de acreção de um buraco negro - a matéria ao redor de um buraco negro - mesmo quando nenhuma linha espectral indicava sua existência. A explicação teórica complicada era que sob a imensa gravidade de um buraco negro e radiação intensa, elétrons de ferro altamente energizados não voltam a estados de energia mais baixos emitindo fótons - a explicação quântica comum de por que materiais energizados emitem luz. Em vez de, os elétrons foram liberados de seus átomos e escapuliram como lobos solitários em relativa escuridão. O processo geral é conhecido como decadência Auger, após o físico francês que o descobriu no início do século XX. A ausência de fótons no caso do buraco negro é chamada de destruição Auger, ou mais formalmente, a suposição da Destruição do Auger Ressonante.
p Contudo, Pesquisadores Z, duplicando as energias de raios-X ao redor dos buracos negros e aplicando-as a um filme de silício do tamanho de uma moeda de dez centavos nas densidades adequadas, mostrou que se nenhum fóton aparecer, então, o elemento gerador simplesmente não existe. O silício é um elemento abundante no universo e experimenta o efeito Auger com mais frequência do que o ferro. Portanto, se a destruição ressonante do Auger acontece no ferro, também deve acontecer no silício.
p "Se a destruição ressonante do Auger é um fator, deveria ter acontecido em nosso experimento porque tínhamos as mesmas condições, a mesma densidade de coluna, a mesma temperatura, "disse Loisel." Nossos resultados mostram que, se os fótons não estiverem lá, os íons também não devem estar lá. "Essa descoberta aparentemente simples, depois de cinco anos de experimentos, questiona os muitos artigos astrofísicos baseados na suposição da Destruição do Ressonante Auger.
p O experimento Z imitou as condições encontradas nos discos de acreção ao redor dos buracos negros, que têm densidades muitas ordens de magnitude menores do que a atmosfera da Terra.
p "Mesmo que os buracos negros sejam objetos extremamente compactos, seus discos de acreção - os grandes plasmas no espaço que os rodeia - são relativamente difusos, "disse Loisel." Em Z, expandimos o silício 50, 000 vezes. É uma densidade muito baixa, cinco ordens de magnitude inferior ao silício sólido. "
p Esta é uma representação artística do buraco negro chamado Cygnus X-1, se formou quando a grande estrela azul ao lado colapsou na menor, matéria extremamente densa. (Imagem cortesia da NASA) Clique na miniatura para ver uma imagem em alta resolução.
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O conto do espectro
p O motivo pelo qual teorias precisas sobre o tamanho e as propriedades de um buraco negro são difíceis de obter é a falta de observações em primeira mão. Os buracos negros foram mencionados na teoria da relatividade geral de Albert Einstein um século atrás, mas a princípio foram considerados um conceito puramente matemático. Mais tarde, astrônomos observaram os movimentos alterados das estrelas em amarras gravitacionais enquanto circulavam seu buraco negro, ou mais recentemente, sinais de ondas gravitacionais, também previsto por Einstein, das colisões desses buracos negros. Mas a maioria dessas entidades notáveis são relativamente pequenas - cerca de 1/10 da distância da Terra ao Sol - e muitos milhares de anos-luz de distância. Seus tamanhos relativamente pequenos a distâncias imensas tornam impossível imaginá-los com o melhor dos telescópios de bilhões de dólares da NASA.
p O que é observável são os espectros liberados por elementos no disco de acreção do buraco negro, que então alimenta o material no buraco negro. "Há muitas informações nos espectros. Eles podem ter muitas formas, "disse Kallman da NASA." Os espectros de lâmpadas incandescentes são enfadonhos, eles têm picos na parte amarela de seus espectros. Os buracos negros são mais interessantes, com solavancos e meneios em diferentes partes do espectro. Se você pode interpretar esses solavancos e meneios, voce sabe quanto gas, quão quente, quão ionizado e em que medida, e quantos elementos diferentes estão presentes no disco de acreção. "
p Disse Loisel:"Se pudéssemos ir ao buraco negro e tirar uma colher do disco de acreção e analisá-lo no laboratório, essa seria a maneira mais útil de saber do que é feito o disco de acreção. Mas, uma vez que não podemos fazer isso, tentamos fornecer dados testados para modelos astrofísicos. "
p Enquanto Loisel está pronta para dizer R.I.P. ao pressuposto da Destruição do Ressonante Auger, ele ainda está ciente das implicações do maior consumo de massa do buraco negro, neste caso, o ferro ausente, é apenas uma das várias possibilidades.
p "Outra implicação pode ser que as linhas dos íons de ferro altamente carregados estão presentes, mas as linhas foram mal identificadas até agora. Isso ocorre porque os buracos negros mudam as linhas espectrais tremendamente devido ao fato de que os fótons têm dificuldade em escapar do intenso campo de gravitação, " ele disse.
p Agora existem modelos sendo construídos em outro lugar para objetos movidos a acreção que não empregam a aproximação de Destruição de Auger Ressonante. "Esses modelos são necessariamente complicados, e, portanto, é ainda mais importante testar suas suposições com experimentos de laboratório, "Loisel disse.