Físicos conseguem recriar na Terra material que fica em torno de buracos negros

Se você pudesse colocar toda matéria visível do Universo em um liquidificador, o resultado provavelmente seria um estado da matéria chamado de plasma. Plasma é um estado da matéria que possui partículas carregadas como elétrons e íons positivos. Geralmente, a temperatura de um plasma é alta o suficiente para conseguir ionizar o material.

Astrônomos possuem interesse no estudo de plasmas porque a maior parte dos objetos do Universo necessitam da Física dos plasmas para serem explicados. Um exemplo é o próprio Sol que alguns consideram como uma bola de plasma. Outro exemplo é o material em torno de buracos negros que estão no estado de plasma durante o processo de acreção e compreender a dinâmica é fundamental pra obter respostas.

Devido à importância da Física de plasmas, físicos de Oxford conseguiram recriar um material de plasma semelhante ao plasma encontrado em torno de buracos negros. Segundo os pesquisadores, essa é a primeira vez que algo do tipo foi feito e isso abre portas para compreender melhor fenômenos astronômicos. O estudo ajudará a fazer previsões de observações de buracos negros e estrelas de nêutrons.

Plasma

O estado da matéria mais comum do Universo é chamado de plasma. O plasma tem características semelhantes a gases e aos líquidos mas pertencem a uma classe diferente. No plasma, as partículas estão ionizadas então ele representa uma mistura de íons e elétrons. Por causa da semelhança com gases e líquidos, plasma se encaixa na Física de dinâmica de fluidos.

As temperaturas em um plasma são altas o suficiente para que as partículas fiquem ionizadas, ou seja, elétrons escapam dos átomos. Por causa dessas características, é possível que campos magnéticos estejam presentes dentro dos plasmas e eles tenham uma característica condutora. O campo do estudo de plasmas é bastante amplo.

Um dos motivos do interesse de físicos em estudar plasma é por ser o estado predominante no Universo. As estrelas são comumente chamadas de bolas de plasmas e o disco de acreção de objetos, como buracos negros ou estrelas de nêutrons, estão no estado de plasma. Até mesmo no nosso dia a dia, o plasma pode estar presente como, por exemplo, em raios e em alguns tipos de lâmpadas.

Acreção de buracos negros

Uma das aplicações do estudo de plasmas é para compreender a dinâmica de um disco de acreção de buracos negros. Quando um material é preso pelo campo gravitacional de um buraco negro, ele forma uma estrutura no formato de disco chamado disco de acreção. Através de processos físicos complexos, o material espirala em direção ao buraco negro.

Como a radiação eletromagnética que o disco emite está relacionada com diferentes propriedades do sistema, através dela tem como calcular a massa e taxa de acreção que o objeto consome material. Além disso, é graças ao disco de acreção que conseguimos observar buracos negros que não emitem luz própria.

Recriando em laboratório

Um grupo de físicos de Oxford conseguiram realizar pela primeira vez um experimento de recriar plasma semelhante ao redor de buracos negros no laboratório. Segundo o trabalho, eles recriaram um plasma com 10 trilhões de pares de elétron-pósitrons. Isso seria semelhante ao estado de um plasma dem torno de um buraco negro que está acretando.

Com esse resultados, é possível encontrar propriedades que só são perceptíveis nesse estado como propriedades de onda. Uma das possíveis aplicações é utilizar equações de magnetohidrodinâmica para compreender a dinâmica e não apenas de partículas. O experimento foi realizado no CERN.

Possíveis respostas

Uma das ideias é utilizar o trabalho para explicar alguns processos astrofísicos que aindam permanecem com questões em aberto. Uma dessas questões é a produção de gamma ray bursts e também de jatos relativísticos. Compreender esses fenômenos é importante até mesmo para explicar mecanismos de núcleo de galáxias ativas.

Referência da notícia

Arrowsmith et al 2024 Laboratory realization of relativistic pair-plasma beams Nature Communications