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Comentário para Revista Pesquisa FAPESP sobre evidência de buracos negros estelares na região central da Via Láctea

A seguir, reproduzo o comentário que dei para a Revista Pesquisa FAPESP sobre a descoberta de potencialmente centenas de buracos negros estelares na região central da Nossa Galáxia, publicado recentemente na Nature.

Pesquisa FAPESP: O centro das galáxias seriam os melhores lugares para detectar um “enxame” de buracos negros como esse? Se sim, por que motivo?

Sim. Há mais de dez anos foi previsto que a região central da galáxia teria, usando o seu termo, um enxame de buracos negros estelares, com masses de cerca de 10 massas solares. De fato, a previsão é de que haveriam milhares destes buracos negros estelares no parsec central. O motivo é que há uma grande quantidade de estrelas massivas nesta região da galáxia, que deram origem a buracos negros. Devido a um efeito chamado fricção dinâmica na astrofísica—que é puramente gravitacional—objetos mais massivos que estão se movendo em meio a astros menos massivos tendem a perder momentum e caem para a região central da galáxia. O mesmo fenômeno explica porque buracos negros supermassivos habitam o centro das galáxias. Devido à fricção dinâmica, os buracos negros estelares acabam migrando para as partes centrais da galáxia.

 

Pesquisa FAPESP: Seria possível “fotografar” esses buracos negros em algum comprimento de onda?
Imagear não é possível, pois eles têm um horizonte de eventos pequeno—diâmetro de ~60 km—a distâncias maiores que 1 kpc. Um instrumento capaz de fotografar estes buracos negros deveria ser capaz de resolver um objeto de 1000 nm na superfície da Lua. Impossível com a tecnologia atual. Nem mesmo imagear os discos de acreção destes buracos negros estelares é possível.
Pesquisa FAPESP: Como eles foram detectados e o que sua distribuição espacial revela? é provável que eles colidam num futuro próximo? [considerando a escala de tempo necessária para que esse tipo de evento cósmico ocorra]
A evidência da sua presença se deve à detecção de raios X—neste caso fótons com energias entre 2 e 8 keV. O estudo em questão encontrou evidência de muitas fontes pontuais de  raios X a uma distância menor que 1 pc do centro da Nossa Galáxia; tais fontes são caracterizadas por um espectro de radiação eletromagnética chamado de “espectro não-térmico”, o que naturalmente é produzido pelo gás acelerado e super-aquecido no disco de acreção ao redor de buracos negros. Por este motivo elas são fortes candidatas a buracos negros estelares. 
 
É improvável que eles colidam num futuro próximo pois tais processos podem demorar muito tempo até a colisão final—potencialmente centenas de milhões a bilhões de anos. Mas quem sabe temos sorte e exista um sistema binário de buracos negros próximo de se fundir? As ondas gravitacionais emitidas por tal fenômeno gerariam uma forte detecção com LIGO-Virgo.
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Participação no Jornal Band News: Colisão de estrelas de nêutrons

Ontem à noite, participei do Jornal Band News contando a importância da grande descoberta astronômica sobre a colisão das duas estrelas de nêutrons.

Foi um momento histórico, o início da era da astronomia dos multi-mensageiros: observação de ondas gravitacionais e luz vindos de uma mesma fonte astronômica! E a resposta ao mistério da origem dos elementos mais pesados que o ferro da tabela periódica.

Espero que tenha passado os principais aspectos da descoberta, ressaltando a participação de muitos astrônomos no Brasil em vários estados—RN, RJ, SP, SC e SE—e em várias instituições—INPE e UFRN (times do LIGO/VIRGO), e USP, ON, UFRJ, UFSE e UFSC (contrapartida eletromagnética).

Agora tem o trabalho—prazeroso diga-se de passagem—de ler os vários artigos publicados sobre o evento. Foram mais de sessenta artigos publicados no PRL, ApJL, Nature e Science, reportando os resultados das análises das ondas gravitacionais e observações eletromagnéticas desde rádio até raios gama.

Oportunidade de iniciação científica: computação de alto desempenho

Procuro aluno(a)s interessado(a)s em Iniciação Científica em computação de alto desempenho aplicada à astrofísica. O projeto consiste em acelerar ray tracing ao redor de buracos negros—a la Interestelar—usando GPUs.

Requisitos:

  • Cursar ciência da computação, engenharia elétrica ou matemática aplicada
  • Conforto com a linguagem C
  • Conhecimentos básicos–ou forte interesse–em otimização e paralelização
  • Pontos extras: noções de programação em GPUs (OpenCL ou CUDA)

Aluno(a)s interessado(a)s favor contatar o Prof. Rodrigo Nemmen, anexando o histórico escolar.

Schnittman black hole accretion
Simulação numérica de acreção a um buraco negro. Crédito: J. Schnittman.

cartaz IC computacao

Nearby radio galaxies host incredibly “green” black holes: Paper accepted to MNRAS

I recently got a paper accepted to MNRAS with my collaborator Sasha Tchekhovskoy at UC Berkeley. Here are a couple of quick points about the paper:

  • Basic idea: take observed black hole systems and treat them as engines. Measure what flows in (fuel) and what comes out (exhaust). Dividing the energy of what comes out by the amount of energy that flows in, we get an energy efficiency.
  • We measured this efficiency for 27 nearby supermassive black holes which produce jets (radio galaxies). Our analysis is based on recent Chandra observations and current ideas on accretion disks.
  • The results imply that black hole engines are producing more energy than flows in: efficiencies > 100%. This is completely opposite to the general idea that everything disappears inside black holes. Black holes are actually quite “green” (energy-efficient).
  • Does this violate energy conservation? No. The extra energy that comes out would be extracted from the spin energy of the black hole.
  • What constraints do these results put on black holes physics? In order to explain the data, black holes need to: (i) be rapidly rotating, (ii) be surrounded by strong magnetic fields (see footnote below). Such “dynamically-important” magnetic fields act as catalysts of the energy extraction.

The paper got some coverage in the brazilian press here and here.

ps. The technical name for “strong magnetic fields” is “magnetically arrested disk” (abbreviated as MAD). This is a fashionable idea among theorists that are simulating black hole accretion flows. My collaborator (Tchekhovskoy) is one of the theorists doing such fantastic GRMHD simulations.