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Pesquisadores da Universidade de Tohoku e da Universidade de Utsunomiya fizeram um avanço na compreensão da natureza complexa da turbulência em estruturas chamadas “discos de acreção” ao redor de buracos negros, usando supercomputadores de última geração para conduzir as simulações de mais alta resolução até o momento. Um disco de acreção, como o nome indica, é um gás em forma de disco que espirala para dentro em direção a um buraco negro central.
Há um grande interesse em estudar as propriedades únicas e extremas dos buracos negros. No entanto, os buracos negros não permitem que a luz escape e, portanto, não podem ser percebidos diretamente por telescópios. Para sondar buracos negros e estudá-los, observamos como eles afetam seus arredores. Os discos de acreção são uma dessas maneiras de observar indiretamente os efeitos dos buracos negros, pois eles emitem radiação eletromagnética que pode ser vista por telescópios.
“Simular com precisão o comportamento dos discos de acreção avança significativamente nossa compreensão dos fenômenos físicos ao redor dos buracos negros”, explica Yohei Kawazura. “Ela fornece insights cruciais para interpretar dados observacionais do Event Horizon Telescope.”
Os pesquisadores utilizaram supercomputadores como o “Fugaku” da RIKEN (o computador mais rápido do mundo até 2022) e o “ATERUI II” da NAOJ para realizar simulações de alta resolução sem precedentes. Embora tenha havido simulações numéricas anteriores de discos de acreção, nenhuma observou o alcance inercial devido à falta de recursos computacionais. Este estudo foi o primeiro a reproduzir com sucesso o “alcance inercial” conectando grandes e pequenos redemoinhos na turbulência do disco de acreção.
Também foi descoberto que “ondas magnetosônicas lentas” dominam essa faixa. Essa descoberta explica por que os íons são aquecidos seletivamente em discos de acreção. Os campos eletromagnéticos turbulentos em discos de acreção interagem com partículas carregadas, potencialmente acelerando algumas a energias extremamente altas.
Em magnetohidronâmica, ondas magnetosônicas (lentas e rápidas) e ondas de Alfvén constituem os tipos básicos de ondas. Ondas magnetosônicas lentas foram encontradas dominando a faixa inercial, carregando cerca de duas vezes a energia das ondas de Alfvén. A pesquisa também destaca uma diferença fundamental entre turbulência de disco de acreção e turbulência do vento solar, onde as ondas de Alfvén dominam.
Espera-se que esse avanço melhore a interpretação física de dados observacionais de radiotelescópios focados em regiões próximas a buracos negros.
O estudo foi publicado em Avanços da Ciência em 28 de agosto de 2024.
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