Colóquio discute buracos negros, outflows e sua influência em galáxias

No colóquio da última quarta-feira (23), o ICTP-SAIFR recebeu Rodrigo Nemmen, do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG) da USP. O pesquisador apresentou alguns de seus trabalhos mais recentes com buracos negros, com enfoque em perguntas dessa área que permanecem em aberto. Entre elas, destacaram-se o impacto de buracos negros nas galáxias, a relação entre massa e comportamento energético e a produção de jatos de gás expelidos por eles.

Formação de estrelas

Buracos negros concentram uma grande quantidade de matéria em uma pequena região do espaço. Em comparação com a massa do Sol, esses corpos astronômicos podem ser de dezenas a milhões de vezes maior – nesse último caso, são chamados de supermaciços. Enquanto há milhões de buracos negros “menores” espalhados pelas galáxias, há também um buraco negro supermaciço no centro de cada uma delas.

O buraco negro supermaciço Sagittarius A, localizado no centro da Via Láctea (NASA)

Embora a massa desses buracos negros supermaciços seja enorme, seu efeito gravitacional é extremamente pequeno –  a área onde consegue exercer efeito é, aproximadamente, 1 milhão de vezes menor do que o tamanho da galáxia. Entretanto, em estudos realizados no final da década de 90, foi comprovado que há uma relação entre a massa desses corpos e, ao menos, a região central de galáxias, chamada de bojo. Como, então, o buraco negro pode afetar regiões fora do alcance de seu efeito gravitacional?

“A influência dos buracos negros nas galáxias é indireta”, diz Nemmen. “Na verdade, são as ejeções de gás expelidas por eles que influenciam na formação de estrelas”.

Nemmen explica que alguns buracos negros “engolem” gás ao seu redor e também expelem uma quantidade muito maior e com grande força. Essas ejeções, chamadas de outflows, aquecem o ambiente por onde passam e têm um alcance que em buracos negros supermaciços pode chegar a centenas de milhares de anos luz. Como a formação de estrelas depende do resfriamento de gases, os outflows interrompem esse processo e deixam as galáxias com uma quantidade menor de estrelas quando comparadas com outras nas quais os buracos negros não emitem outflows.

Outflows

Representação artística de um outflow (NASA)

A explicação de como os buracos negros influenciam na formação das galáxias gera outras perguntas: como os outflows são produzidos e qual sua fonte de energia?

“Existe um tipo de outflow que tem a forma de “raios” de partículas e atinge velocidades muito próximas à da luz”, afirma Nemmen. “Esses jatos são produzidos quando um forte campo magnético interage com o buraco negro e força gás a ser expelido”.

O campo magnético também é um dos fatores responsáveis pela intensidade dos jatos. O segundo, que faz com que uma quantidade maior de gás seja emitida do que “engolida”, é a velocidade de rotação do buraco negro.

“O spin faz com que a “eficiência” do buraco negro possa ser maior do que 100%, podendo chegar a até 300%”, diz Nemmen. “Para ceder energia aos jatos, a velocidade de rotação diminui com o passar do tempo”.

A origem dos campos magnéticos que levam à produção dos jatos, entretanto, ainda é uma pergunta que continua sem resposta.

Comportamento energético

Outra questão que intriga Nemmen é relativa ao comportamento dos buracos negros: há uma relação entre massa e quantidade de energia retornada ao ambiente? Em um estudo fenomenológico com seus colaboradores, publicado na revista Science, o pesquisador chegou a um resultado inesperado.

“Verificamos que, independentemente do tamanho, os buracos negros têm um mesmo comportamento em termos de retorno de energia para o ambiente”, diz ele. “Nesse mesmo trabalho, observamos que cerca de 10% da energia de todos os jatos de gás é transformada em radiação”.