Cientistas descobrem mecanismo de energia oculto no buraco negro M87
Astrofísicos da Universidade Goethe de Frankfurt simularam como o buraco negro supermassivo M87* alimenta seu jato de partículas massivo usando um novo código numérico. Suas descobertas revelam que a reconexão magnética, ao lado do mecanismo tradicional de Blandford-Znajek, extrai energia rotacional do buraco negro. Essa descoberta explica os jatos imensos que influenciam a evolução das galáxias.
O buraco negro supermassivo M87*, localizado no centro da galáxia M87, tem uma massa de seis bilhões e meio de massas solares e gira rapidamente em seu eixo. Ele alimenta um jato de partículas expelido a quase a velocidade da luz, estendendo-se por 5.000 anos-luz. Tais jatos dispersam energia e matéria pelo universo e moldam galáxias.
Uma equipe liderada pelo Prof. Luciano Rezzolla na Universidade Goethe de Frankfurt desenvolveu o código de partículas em célula de Frankfurt para espaços-tempos de buracos negros (FPIC). Este código simula a conversão de energia rotacional em jatos de partículas com alta precisão. As simulações mostram que, além do mecanismo de Blandford-Znajek — que extrai energia por meio de campos magnéticos fortes —, a reconexão magnética desempenha um papel chave. Nesse processo, linhas de campo magnético se rompem e se reorganizam, convertendo energia magnética em calor, radiação e erupções de plasma.
O código FPIC modelou a evolução de partículas carregadas e campos eletromagnéticos sob a gravidade do buraco negro, resolvendo as equações de Maxwell e as equações de movimento para elétrons e pósitrons de acordo com a relatividade geral de Einstein. Esses cálculos exigiram milhões de horas de CPU no supercomputador "Goethe" em Frankfurt e no "Hawk" em Stuttgart.
No plano equatorial do buraco negro, as simulações revelaram intensa atividade de reconexão formando cadeias de plasmoides — bolhas de plasma energéticas — movendo-se a quase a velocidade da luz. Isso gera partículas com energia negativa, alimentando jatos e erupções.
Dr. Claudio Meringolo, principal desenvolvedor do código, afirmou: "Simular tais processos é crucial para entender a dinâmica complexa de plasmas relativísticos em espaços-tempos curvos perto de objetos compactos, que são governados pela interação de campos gravitacionais e magnéticos extremos."
Dr. Filippo Camilloni acrescentou: "Nossos resultados abrem a possibilidade fascinante de que o mecanismo de Blandford-Znajek não seja o único processo astrofísico capaz de extrair energia rotacional de um buraco negro, mas que a reconexão magnética também contribua."
Prof. Rezzolla explicou: "Com nosso trabalho, podemos demonstrar como a energia é extraída eficientemente de buracos negros rotativos e canalizada para jatos. Isso nos permite ajudar a explicar as luminosidades extremas de núcleos galácticos ativos, bem como a aceleração de partículas a quase a velocidade da luz."
A pesquisa se baseia em observações históricas: Em 1781, Charles Messier descreveu M87 como uma "nebulosa sem estrelas", e seu jato foi descoberto em 1918. As descobertas são publicadas em The Astrophysical Journal Letters (2025; 992 (1): L8).