Você já se perguntou como os buracos negros conseguem liberar aqueles poderosos jatos de matéria que se estendem por milhares de anos-luz? Um novo experimento, realizado por pesquisadores do Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) em New Jersey, pode ter encontrado a resposta, ao reproduzir esses jatos em laboratório pela primeira vez.
O Cenário no Coração de um Quasar
Imagine o centro de um quasar, onde um buraco negro supermassivo, com milhões ou até bilhões de vezes a massa do Sol, devora matéria a uma taxa incrível. Essa matéria forma um disco ao redor do buraco negro, chamado de disco de acreção, onde a temperatura atinge níveis altíssimos, gerando um plasma carregado de partículas eletricamente ionizadas.
Entretanto, o buraco negro não engole toda essa matéria. Antes que parte do plasma chegue ao horizonte de eventos, que é o ponto de não retorno, ele é expelido em jatos colimados, ou seja, em linhas retas, orientados pelo intenso campo magnético do buraco negro. Esses jatos podem se estender por milhares de anos-luz no espaço, mas a física por trás da sua formação ainda era um enigma para os cientistas.
O Experimento Revolucionário
A chave para resolver esse mistério pode estar na recente modificação de uma técnica chamada radiografia de prótons, desenvolvida pelos pesquisadores do PPPL. Neste experimento, os cientistas criaram um plasma de alta densidade de energia disparando um feixe de laser de 20 joules em um alvo de plástico. Em seguida, utilizaram lasers potentes para desencadear reações de fusão nuclear em uma cápsula de combustível contendo deutério e hélio-3, liberando prótons e raios-X.
Esses prótons e raios-X passaram por uma malha de níquel cheia de pequenos buracos, que funcionava como um “coador” para separar os prótons em diversos feixes. A partir disso, os pesquisadores puderam observar como o plasma interage com campos magnéticos de fundo.
Um “Cabo de Guerra” Cósmico
A grande descoberta do experimento foi observar o campo magnético se curvando sob a pressão do plasma em expansão. Isso criou instabilidades chamadas instabilidades magneto-Rayleigh-Taylor, que geraram padrões turbulentos, como redemoinhos e formas de cogumelos no campo magnético. Conforme a energia do plasma diminuía, as linhas do campo magnético se “retraíam”, comprimindo o plasma em uma coluna estreita, muito semelhante aos jatos relativísticos vistos nos buracos negros.
Segundo o cientista principal do estudo, Will Fox, “pudemos observar diretamente o campo magnético mudando ao longo do tempo. Vimos como ele é empurrado e reage ao plasma em um tipo de cabo de guerra”.
Uma Peça Faltante no Quebra-Cabeça dos Buracos Negros
Essa observação marca a primeira vez que cientistas conseguiram ver diretamente essas instabilidades magnéticas em ação. “Quando fizemos o experimento e analisamos os dados, descobrimos que tínhamos algo grande”, comentou Sophia Malko, uma das principais pesquisadoras do estudo. Isso ajuda a confirmar que esse tipo de instabilidade ocorre quando o plasma em expansão encontra campos magnéticos, o que pode ser a chave para a formação dos jatos de quasares e outros buracos negros ativos.
O Impacto na Compreensão dos Buracos Negros
Se esses resultados laboratoriais refletem o que ocorre ao redor dos buracos negros, isso significa que o plasma no disco de acreção pode ser capaz de empurrar as linhas de campo magnético ao ponto em que elas “esticam e se rompem”, comprimindo o plasma em uma coluna estreita e gerando os jatos que vemos em quasares. Esse experimento pode ser a peça que faltava para entender como esses jatos são formados.
Com as informações precisas obtidas sobre essas instabilidades, os cientistas agora podem melhorar os modelos teóricos e, possivelmente, simular o comportamento dos jatos com muito mais precisão do que antes. “É interessante que os humanos possam criar em laboratório algo que geralmente só existe no espaço”, conclui Malko.
Os resultados desse estudo foram publicados em 27 de junho na revista Physical Review Research.
