p Por meio de simulações de supercomputador inéditas, pesquisadores, incluindo um professor da Northwestern University, ganharam uma nova visão sobre um dos fenômenos mais misteriosos da astronomia moderna:o comportamento de jatos relativísticos que disparam de buracos negros, estendendo-se por milhões de anos-luz. p Simulações avançadas criadas com um dos supercomputadores mais poderosos do mundo mostram que os fluxos dos jatos mudam gradualmente de direção no céu, ou precess, como resultado do espaço-tempo sendo arrastado para a rotação do buraco negro. Este comportamento está alinhado com as previsões de Albert Einstein sobre extrema gravidade perto de buracos negros em rotação, publicado em sua famosa teoria da relatividade geral.

p "Entender como os buracos negros em rotação arrastam o espaço-tempo ao redor deles e como esse processo afeta o que vemos através dos telescópios continua sendo crucial, quebra-cabeça difícil de decifrar, "disse Alexander Tchekhovskoy, professor assistente de física e astronomia no Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern. "Felizmente, os avanços no desenvolvimento de código e os saltos na arquitetura do supercomputador estão nos deixando cada vez mais perto de encontrar as respostas. "

p O estudo, publicado no Avisos mensais da Royal Astronomical Society , é uma colaboração entre Tchekhovskoy, Matthew Liska e Casper Hesp. Liska e Hesp são os principais autores do estudo e alunos de pós-graduação da Universidade de Amsterdã, Holanda.

p Os buracos negros em rotação rápida não apenas engolfam a matéria, mas também emitem energia na forma de jatos relativísticos. Semelhante a como a água em uma banheira forma um redemoinho quando desce pelo ralo, o gás e os campos magnéticos que alimentam um buraco negro supermassivo rodam para formar um disco giratório - um espaguete emaranhado de linhas de campo magnético misturado a um caldo de gás quente. Enquanto o buraco negro consome esta sopa astrofísica, engole o caldo, mas deixa o espaguete magnético pendurado para fora da boca. Isso torna o buraco negro uma espécie de plataforma de lançamento a partir da qual a energia, na forma de jatos relativísticos, brotos da teia de espaguete magnético retorcido.

p Os jatos emitidos por buracos negros são mais fáceis de estudar do que os próprios buracos negros porque os jatos são muito grandes. Este estudo permite aos astrônomos entender a rapidez com que a direção do jato está mudando, que revela informações sobre a rotação do buraco negro, bem como a orientação e o tamanho do disco giratório e outras propriedades difíceis de medir de acreção do buraco negro.

p Considerando que quase todas as simulações anteriores consideraram discos alinhados, na realidade, Acredita-se que os buracos negros supermassivos centrais da maioria das galáxias abriguem discos inclinados - o que significa que o disco gira em torno de um eixo separado do próprio buraco negro. Este estudo confirma que, se inclinado, os discos mudam de direção em relação ao buraco negro, girando como um pião. Pela primeira vez, as simulações mostraram que tais discos inclinados levam a jatos de precessão que mudam periodicamente de direção no céu.

p Uma razão importante para os jatos de precessão não terem sido descobertos antes é que as simulações 3-D da região ao redor de um buraco negro em rotação rápida requerem uma enorme quantidade de poder computacional. Abordar esta questão, os pesquisadores construíram o primeiro código de simulação de buraco negro acelerado por unidades de processamento gráfico (GPUs). Uma bolsa da National Science Foundation permitiu-lhes realizar as simulações em Blue Waters, um dos maiores supercomputadores do mundo, localizado na Universidade de Illinois.

p A confluência do código rápido, que usa com eficiência uma arquitetura de GPU de ponta, e o supercomputador Blue Waters permitiu que a equipe realizasse simulações com a maior resolução já alcançada - até um bilhão de células computacionais.

p "A alta resolução nos permitiu, pela primeira vez, para garantir que os movimentos turbulentos do disco em pequena escala sejam capturados com precisão em nossos modelos, "Tchekhovskoy disse." Para nossa surpresa, esses movimentos revelaram-se tão fortes que fizeram com que o disco engordasse e a precessão do disco parasse. Isso sugere que a precessão pode ocorrer em rajadas. "

p Como o acréscimo em buracos negros é um sistema altamente complexo semelhante a um furacão, mas localizados tão longe não podemos discernir muitos detalhes, as simulações oferecem uma maneira poderosa de dar sentido às observações do telescópio e entender o comportamento dos buracos negros.

p Os resultados da simulação são importantes para estudos futuros envolvendo buracos negros rotativos, que atualmente estão sendo realizados em todo o mundo. Por meio desses esforços, astrônomos estão tentando entender fenômenos descobertos recentemente, como as primeiras detecções de ondas gravitacionais de colisões de estrelas de nêutrons e os fogos de artifício eletromagnéticos que os acompanham, bem como estrelas regulares sendo engolfadas por buracos negros supermassivos.

p Os cálculos também estão sendo aplicados para interpretar as observações do Event Horizon Telescope (EHT), que capturou as primeiras gravações da sombra supermassiva do buraco negro no centro da Via Láctea.

p Adicionalmente, a precessão dos jatos poderia explicar as flutuações na intensidade da luz proveniente de buracos negros, chamadas oscilações quase periódicas (QPOs). Essas oscilações podem ocorrer de maneira semelhante à maneira como o feixe giratório de um farol aumenta de intensidade à medida que passa por um observador. QPOs foram descobertos pela primeira vez perto de buracos negros (como raios-X) em 1985 por Michiel van der Klis (Universidade de Amsterdã), que é co-autor do novo artigo.