Um feito notável na astrofísica, que não se baseia em ficção científica, mas sim em astrofísica com capacidade exascale. Cientistas conseguiram, pela primeira vez, simular com precisão realista o comportamento da matéria ao espiralizar em direção a um buraco negro, observando a liberação de enormes quantidades de energia nesse processo.

Essa simulação representa um marco histórico, sendo a primeira a resolver, sem utilizar atalhos, as equações completas da relatividade geral sob o domínio da radiação.

A Abandono de Aproximações

Por décadas, as simulações de buracos negros dependiam de aproximações, especialmente ao lidar com a radiação, que interage de forma complexa com o gás que os circunda. A nova abordagem abandona essas simplificações, tratando a radiação da maneira como ela realmente se comporta no espaço-tempo, influenciado pela gravidade extrema. “Nosso algoritmo é o único que faz isso atualmente”, afirmou Lizhong Zhang, pesquisador do Institute for Advanced Study (IAS) e do Flatiron Institute.

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Capturando Fluxos e Emissões

O código desenvolvido pela equipe consegue capturar os fluxos de matéria, a emissão de luz, os ventos e até a formação de jatos, com base na física completa. Essa capacidade de detalhamento representa um avanço significativo na compreensão desses fenômenos cósmicos.

Foco em Buracos Negros Estelares

O estudo concentrou-se em buracos negros estelares, com cerca de 10 massas solares. Embora não produzam imagens como as do buraco negro M87, esses objetos oferecem uma evolução rápida e espectros detalhados, permitindo comparar a simulação com dados astronômicos reais.

A concordância entre os espectros simulados e os dados observacionais foi considerada notável, demonstrando a fidelidade do modelo.

Supercomputadores para o Trabalho

A simulação foi realizada em duas máquinas exascale: Frontier (Oak Ridge) e Aurora (Argonne). Com um poder de cálculo de quintilhões de operações por segundo, essas máquinas permitiram rodar o código AthenaK, otimizado para enfrentar o desafio mais complexo da astrofísica computacional moderna.

Christopher White (Flatiron e Princeton) desenvolveu o algoritmo de transporte de radiação, enquanto Patrick Mullen (Los Alamos), ex-membro do IAS, liderou a integração ao código principal.

Próximos Passos e Desafios

O próximo passo é aplicar o novo framework a diferentes sistemas, incluindo buracos negros supermassivos, como o de M87 ou o Sgr A*, no centro da Via Láctea. A equipe busca testar a robustez do modelo em escalas maiores e sob condições físicas variadas. “Essa conquista une duas coisas raras: software de ponta e tempo de máquina em supercomputadores de elite”, explicou James Stone, coautor do estudo e professor no IAS. “Agora começa o trabalho de entender tudo o que esses dados podem revelar.”