Como a maioria das galáxias, a Via Láctea hospeda um buraco negro supermassivo em seu centro. Chamado de Sagitário A *, o objeto capturou a curiosidade de astrônomos por décadas. E agora há um esforço para imaginá-lo diretamente.

Tirar uma boa foto da besta celestial exigirá uma melhor compreensão do que está acontecendo ao seu redor, o que tem se mostrado desafiador devido às escalas muito diferentes envolvidas. "Essa é a maior coisa que tivemos que superar, "disse Sean Ressler, um pesquisador de pós-doutorado no Instituto Kavli de Física Teórica (KITP) da UC Santa Bárbara, que acabou de publicar um artigo no Cartas de jornal astrofísico , investigando as propriedades magnéticas do disco de acreção ao redor de Sagitário A *.

No estudo, Ressler, colega pós-doutorado em KITP Chris White e seus colegas, Eliot Quataert da UC Berkeley e James Stone no Institute for Advanced Study, procurou determinar se o campo magnético do buraco negro, que é gerado por matéria em queda, pode crescer até o ponto em que sufoca brevemente esse fluxo, uma condição que os cientistas chamam de presa magneticamente. Responder a isso exigiria simular o 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, atinge cerca de 4 a 8 milhões de milhas de seu centro. Enquanto isso, as estrelas orbitam a cerca de 20 trilhões de milhas de distância, ou tão longe quanto a estrela vizinha mais próxima do sol.

"Então, você tem que rastrear a matéria caindo dessa escala muito grande até essa escala muito pequena, "disse Ressler." E fazer isso em uma única simulação é incrivelmente desafiador, ao ponto que é impossível. "Os menores eventos ocorrem em escalas de tempo de segundos, enquanto os maiores fenômenos ocorrem ao longo de milhares de anos.

Este artigo conecta simulações em pequena escala, que são principalmente baseados em teoria, com simulações em grande escala que podem ser restringidas por observações reais. Para alcançar isto, Ressler dividiu a tarefa entre os modelos em três escalas sobrepostas.

A primeira simulação contou com dados das estrelas circundantes de Sagitário A *. Felizmente, a atividade do buraco negro é dominada por apenas 30 ou mais estrelas Wolf-Rayet, que liberam enormes quantidades de material. "A perda de massa de apenas uma das estrelas é maior do que a quantidade total de material que cai no buraco negro durante o mesmo tempo, "Ressler disse. As estrelas gastam apenas cerca de 100, 000 anos nesta fase dinâmica antes da transição para uma fase de vida mais estável.

Usando dados observacionais, Ressler simulou as órbitas dessas estrelas ao longo de cerca 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, esta abordagem permitiu a Ressler transformar os resultados das três simulações um no outro.

"Estes são realmente os primeiros modelos de acreção nas escalas menores em [Sagitário] A * que levam em consideração 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, "Ressler comentou.

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 quieto. Usualmente, buracos negros detidos magneticamente têm jatos de alta energia que lançam partículas a velocidades relativísticas. Mas até agora os cientistas viram 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 o giro de Sagitário A *."

Infelizmente, o spin do buraco negro é difícil de determinar. Ressler modelou Sagitário A * como um objeto estacionário. "Não sabemos nada sobre o giro, "ele disse." Há uma possibilidade de que ele simplesmente não esteja girando. "

Em seguida, Ressler e White planejam modelar um buraco giratório, o que é muito mais desafiador. Ele imediatamente introduz 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. Cientistas da colaboração Event Horizon Telescope - que ganhou as manchetes em abril de 2019 com a primeira imagem direta de um buraco negro - já solicitaram os dados de simulação para complementar seu esforço 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 era menos problemático quando o observatório estava de olho no Messier 87 *, porque é cerca de 1, 000 vezes maior do que Sagitário A *, então muda em torno de 1, 000 vezes mais devagar.

"É como tirar a foto de uma preguiça em vez de tirar a foto de um beija-flor, "Ressler explicou. 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 em nossa compreensão da atividade no centro da Via Láctea. "Esta é a primeira vez que Sagitário A * foi modelado em uma gama tão grande de raios em simulações 3-D, e as primeiras simulações em escala de horizonte de eventos para empregar observações diretas das estrelas Wolf-Rayet, "Disse Ressler.