Simulação da NASA mostra distorção feroz de buracos negros binários

Com base em anos de observações e análises, há uma tradição de décadas de visualizações de buracos negros, que remonta ao trabalho do astrônomo francês Jean-Pierre Luminet na década de 1970.

Fascinantemente, as simulações chegaram muito perto do que vimos quando uma enorme equipe internacional de cientistas finalmente capturou uma imagem direta de um buraco negro supermassivo, o agora famoso M87*. Portanto, sabemos que nossas previsões têm sido tradicionalmente muito precisas.

Por causa dos intensos campos gravitacionais envolvidos, as coisas ficam realmente malucas. A luz se curva e sua intensidade muda, dependendo da direção em que está se movendo. Então, o que acontece quando não há um, mas dois buracos negros bloqueados em órbita mútua, cada um com sua própria gravidade, e cada um orbitado por seu próprio disco de acreção brilhante de poeira e gás?

Com base em seu trabalho anterior de um buraco negro simulado e seu disco de acreção, o astrofísico Jeremy Schnittman, do Goddard Space Flight Center da NASA, juntou dois buracos negros para ver o que aconteceria.

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Estamos vendo dois buracos negros supermassivos, um maior com 200 milhões de massas solares e um companheiro menor pesando a metade". explicou ele.

"Esses são os tipos de sistemas binários de buracos negros em que achamos que ambos os membros poderiam manter discos de acreção com duração de milhões de anos."

A simulação começa como se você estivesse olhando de cima para baixo enquanto os dois buracos negros supermassivos orbitam um ao outro. Há a sombra do buraco negro no meio de cada um, rodeado por um largo disco de acreção.

O anel fino entre a borda interna do disco de acreção e a sombra do buraco negro é chamado de anel de fótons, onde a gravidade é tão forte que os fótons ficam presos em uma órbita estável ao redor do buraco negro. Se esses fótons se desviassem para mais perto do buraco negro, eles cairiam além do horizonte de eventos, onde não podemos vê-los.

Conforme a simulação continua, a perspectiva do visualizador desce para o plano orbital dos dois buracos negros.

No início, a simulação se parece muito com outras simulações que você pode ter visto, com a luz do disco curvado na parte de trás para formar um halo, e a luz na frente da sombra do buraco negro mais brilhante à medida que se move em direção ao visualizador, e mais escuro conforme ele se afasta. Isso é conhecido como feixe relativístico e é causado pelo efeito Doppler, que é a maneira como as ondas (neste caso, ondas de luz) mudam aparentemente dependendo da direção de sua viagem.

Então fica muito estranho, muito rápido.

Schnittman usou duas cores diferentes para representar os dois buracos negros porque os torna mais fáceis de diferenciar à medida que os campos gravitacionais se curvam e se deformam, fazendo com que a luz viaje por caminhos curvos complexos, calculados usando um poderoso supercomputador. A luz de cada buraco negro fica ainda mais distorcida, pois é influenciada pela gravidade de seu companheiro binário.

Em seguida, a visão se move de cima para baixo, com uma visão ampliada - onde, viajando ao redor do anel de fótons de um buraco negro, está a visão lateral de seu companheiro. Isso ocorre porque a luz está sendo dobrada em 90 graus, o que significa que temos visualizações simultâneas de cima para baixo e de lado distorcidas de cada buraco negro.

"Um aspecto impressionante dessa nova visualização é a natureza auto-similar das imagens produzidas por lentes gravitacionais", disse Schnittman . "O zoom em cada buraco negro revela imagens múltiplas e cada vez mais distorcidas de seu parceiro."

As lentes gravitacionais são, de fato, uma ferramenta útil para ver as regiões mais profundas do espaço, uma vez que amplia e freqüentemente duplica o objeto mais distante. Galáxias e aglomerados de galáxias também podem ser lentes gravitacionais, embora os objetos com lente não pareçam tão curvos e estranhos quanto as imagens produzidas por dois buracos negros supermassivos ativos.

Imaginar diretamente um buraco negro dá muito trabalho, e buracos negros supermassivos binários são raros, então é improvável que vejamos a versão real da visualização de Schnittman tão cedo - mas simulações como essas podem nos ajudar a entender a física do ambientes extremos em torno de buracos negros supermassivos, para que possamos analisar melhor as observações que podemos fazer.

Via: Science Alert