Por que os buracos negros brilham tanto?

Redação do Site Inovação Tecnológica - 30/12/2025

Próximo ao buraco negro (localizado no centro), um fluxo de acreção forma um disco térmico denso e fino, imerso em um envelope dominado por campos magnéticos, que ajuda a estabilizar o sistema. O fluxo é dominado por radiação e altamente turbulento, mas a estrutura central do disco térmico (amarelo) permanece notavelmente estável.
[Imagem: Lizhong Zhang et al. - 10.3847/1538-4357/ae0f91]

Buracos negros que brilham

Está correto que não sabemos exatamente como são os buracos negros, mas a imagem que os cientistas mais gostam é a de um corpo celeste com uma gravidade tão grande que nem mesmo a luz consegue escapar dele. E é por isso que eles os chamam de buracos negros.

Então, como é que alguns dos objetos mais brilhantes que observamos no Universo são justamente buracos negros, como aqueles que existem no centro das galáxias?

Bom, nossas teorias têm uma resposta para isso: À medida que gás e poeira incandescentes fluem ao redor, ainda fora do horizonte de eventos, e então caem dentro de um buraco negro, esse material brilha com uma intensidade descomunal em todo o espectro de luz. Assim, o brilho que vemos não sai do buraco negro, é um efeito daquilo que ele gera ao seu redor.

Para tentar comprovar esse efeito e testar as teorias, astrofísicos desenvolveram agora as simulações computadorizadas mais abrangentes já feitas sobre como os buracos negros criam esses deslumbrantes espetáculos de luz.

Utilizando supercomputadores, Lizhong Zhang e seus colegas do Instituto Flatiron, nos EUA, calcularam com o maior nível de detalhamento feito até hoje o comportamento da matéria que se move em torno dos buracos negros. Ao contrário de todos os estudos anteriores, que se basearam em aproximações muito simplificadoras, os pesquisadores utilizaram uma abordagem completa de como a luz se move e interage com a matéria dentro da teoria da relatividade geral de Albert Einstein.

"Esta é a primeira vez que conseguimos ver o que acontece quando os processos físicos mais importantes na acreção de buracos negros são incluídos com precisão," disse Zhang. "Qualquer suposição simplista demais pode mudar completamente o resultado. O mais empolgante é que nossas simulações agora reproduzem comportamentos notavelmente consistentes em todos os sistemas de buracos negros observados no céu, desde fontes de raios X ultraluminosas até binárias de raios X. De certa forma, conseguimos 'observar' esses sistemas não por meio de um telescópio, mas por meio de um computador."

Densidade (cores) e campo magnético (linhas de fluxo azuis) nas condições iniciais para as configurações magnéticas de laço único (esquerda) e laço duplo (direita).
[Imagem: Lizhong Zhang et al. - 10.3847/1538-4357/ae0f91]

Radiação não é fluido

Devido à gravidade extrema, nenhum modelo de buracos negros seria considerado completo sem a incorporação da teoria da relatividade geral de Einstein, que descreve como os corpos mais massivos distorcem o tecido do espaço-tempo. Essa distorção do espaço-tempo molda a forma como a luz criada pela matéria que cai no buraco negro se move e interage com a matéria circundante.

Acontece que as equações completas da relatividade geral são difíceis de resolver, mesmo para os computadores mais potentes. Por isso, nas simulações anteriores os cientistas usaram atalhos, simplificando os cálculos da radiação. "Os métodos anteriores usavam aproximações que tratavam a radiação como uma espécie de fluido, o que não reflete seu comportamento real," detalhou Zhang.

Combinando conhecimentos adquiridos ao longo das últimas décadas, a equipe desenvolveu novos algoritmos capazes de resolver as equações diretamente, sem sacrificar a precisão ou exigir quantidades excessivas de poder computacional. "O nosso é o único algoritmo existente atualmente que oferece uma solução tratando a radiação como ela realmente é na relatividade geral," afirmou Zhang.

O resultados preliminares - a equipe pretende publicar 10 artigos científicos sobre suas simulações nos próximos meses - lidou com a acreção em buracos negros de massa estelar, que têm aproximadamente 10 vezes a massa do Sol, que são relativamente leves em comparação com o Sagitário A*, o buraco negro supermassivo no centro da nossa galáxia, que tem uma massa mais de 4 milhões de vezes superior à do nosso Sol.

Médias temporais e azimutais da densidade do gás (metade esquerda de cada painel) e da densidade de energia da radiação no referencial do fluido (metade direita de cada painel) para seis modelos diferentes, abrangendo diferentes taxas de acreção e rotações do buraco negro.
[Imagem: Lizhong Zhang et al. - 10.3847/1538-4357/ae0f91]

Pequenos pontos vermelhos

A simulação mostrou como a matéria se comporta ao espiralar em direção a buracos negros de massa estelar, formando discos turbulentos dominados por radiação, lançando ventos poderosos e, algumas vezes, até mesmo produzindo jatos.

A equipe constatou que seu modelo e seu novo sistema de equações se ajusta notavelmente bem ao espectro de luz capturado pelos telescópios. Essa concordância entre a simulação e a observação é crucial, permitindo interpretações aprimoradas dos dados limitados disponíveis para esses objetos distantes.

A equipe pretende agora trabalhar para determinar se o modelo se aplica a todos os tipos de buracos negros. Além dos buracos negros de massa estelar, suas simulações podem aprimorar a compreensão dos buracos negros supermassivos, que impulsionam a evolução das galáxias, bem como investigar mais a fundo a identidade de pequenos pontos vermelhos capturados pelo Telescópio Espacial James Webb, que ainda estão sem explicação.

O Webb capturou imagens de objetos fracamente luminosos no universo primordial, agora conhecidos como "pequenos pontos vermelhos". Uma das principais teorias propõe que esses pontos seriam buracos negros consumindo matéria por meio de um processo chamado "acreção super-Eddington" nos núcleos das galáxias primordiais.

As simulações dão suporte a essa hipótese, indicando que esses objetos podem estar produzindo mais luz do que o limite de Eddington, que se refere ao equilíbrio entre a força gravitacional que atrai a matéria para dentro e a pressão externa da radiação liberada pela matéria em queda, assumindo um fluxo perfeitamente esférico. Nesse caso, os buracos negros estão irradiando mais energia do que pode ser equilibrada pela força gravitacional que os atrai para dentro.

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