Três anos atrás, a primeira imagem de um buraco negro surpreendeu o mundo. Um poço negro de nada cercado por um anel de luz ardente. Essa imagem icônica do buraco negro no centro da galáxia Messier 87 ficou em foco graças ao Event Horizon Telescope, uma rede global de antenas de rádio sincronizadas atuando como um telescópio gigante.
Agora, um par de pesquisadores da Columbia criou uma maneira potencialmente mais fácil de olhar para o abismo. Delineado em estudos complementares em Physical Review Letters e Physical Review D, sua técnica de imagem poderia permitir aos astrônomos estudar buracos negros menores que M87, um monstro com massa de 6,5 bilhões de sóis, abrigado em galáxias mais distantes que M87, que a 55 milhões de luz – anos de distância, ainda está relativamente perto da nossa Via Láctea.
A técnica tem apenas dois requisitos. Primeiro, você precisa de um par de buracos negros supermassivos em processo de fusão. Em segundo lugar, você precisa olhar para o par em um ângulo quase lateral. Deste ponto de vista lateral, quando um buraco negro passa na frente do outro, você deve ser capaz de ver um flash de luz brilhante enquanto o anel brilhante do buraco negro mais distante é ampliado pelo buraco negro mais próximo de você, um fenômeno conhecido como lente gravitacional.
O efeito de lente é bem conhecido, mas o que os pesquisadores descobriram aqui foi um sinal oculto: uma queda distinta no brilho correspondente à “sombra” do buraco negro nas costas. Esse escurecimento sutil pode durar de algumas horas a alguns dias, dependendo da massa dos buracos negros e da proximidade de suas órbitas. Se você medir quanto tempo o mergulho dura, dizem os pesquisadores, você pode estimar o tamanho e a forma da sombra projetada pelo horizonte de eventos do buraco negro, o ponto sem saída, onde nada escapa, nem mesmo a luz.
“Levou anos e um esforço maciço de dezenas de cientistas para fazer essa imagem de alta resolução dos buracos negros M87”, disse o primeiro autor do estudo, Jordy Davelaar, pós-doutorado em Columbia e no Centro de Astrofísica Computacional do Instituto Flatiron. “Essa abordagem funciona apenas para os maiores e mais próximos buracos negros – o par no coração de M87 e potencialmente nossa própria Via Láctea”.
Ele acrescentou: “com nossa técnica, você mede o brilho dos buracos negros ao longo do tempo, não precisa resolver cada objeto espacialmente. Deve ser possível encontrar esse sinal em muitas galáxias”.
A sombra de um buraco negro é sua característica mais misteriosa e informativa. “Essa mancha escura nos diz sobre o tamanho do buraco negro, a forma do espaço-tempo ao seu redor e como a matéria cai no buraco negro perto de seu horizonte”, disse o coautor Zoltan Haiman, professor de física em Columbia.
As sombras dos buracos negros também podem conter o segredo da verdadeira natureza da gravidade, uma das forças fundamentais do nosso universo. A teoria da gravidade de Einstein, conhecida como relatividade geral, prevê o tamanho dos buracos negros. Os físicos, portanto, os procuraram para testar teorias alternativas da gravidade em um esforço para reconciliar duas ideias concorrentes de como a natureza funciona: a relatividade geral de Einstein, que explica fenômenos de grande escala como planetas em órbita e o universo em expansão, e a física quântica, que explica como partículas minúsculas como elétrons e fótons podem ocupar vários estados ao mesmo tempo.
Os pesquisadores ficaram interessados em queimar buracos negros supermassivos depois de detectar um suspeito par de buracos negros supermassivos no centro de uma galáxia distante no início do universo. O telescópio espacial Kepler, caçador de planetas da NASA, estava procurando as pequenas quedas no brilho correspondentes a um planeta passando na frente de sua estrela hospedeira. Em vez disso, Kepler acabou detectando as erupções do que Haiman e seus colegas afirmam ser um par de buracos negros em fusão.
Eles nomearam a galáxia distante “Spikey” pelos picos de brilho desencadeados por seus suspeitos buracos negros que se ampliam a cada rotação completa através do efeito de lente. Para saber mais sobre o flare, Haiman construiu um modelo com seu pós-doc, Davelaar.
Eles ficaram confusos, no entanto, quando seu par simulado de buracos negros produziu uma inesperada, mas periódica, queda de brilho cada vez que um orbitava na frente do outro. No início, eles pensaram que era um erro de codificação. Mas verificações adicionais os levaram a confiar no sinal.
Ao procurar um mecanismo físico para explicá-lo, eles perceberam que cada queda no brilho correspondia ao tempo que levou para o buraco negro mais próximo do observador passar na frente da sombra do buraco negro atrás.
Os pesquisadores estão atualmente procurando outros dados do telescópio para tentar confirmar a queda que viram nos dados do Kepler para verificar se Spikey está, de fato, abrigando um par de buracos negros em fusão. Se tudo der certo, a técnica pode ser aplicada a um punhado de outros pares suspeitos de fusão de buracos negros supermassivos entre os cerca de 150 que foram vistos até agora e aguardam confirmação.
À medida que telescópios mais poderosos entrarem em operação nos próximos anos, outras oportunidades podem surgir. O Observatório Vera Rubin, com inauguração prevista para este ano, está de olho em mais de 100 milhões de buracos negros supermassivos. Mais exploração de buracos negros será possível quando o detector de ondas gravitacionais da NASA, LISA, for lançado ao espaço em 2030.
“Mesmo que apenas uma pequena fração desses binários de buracos negros tenha as condições certas para medir nosso efeito proposto, poderíamos encontrar muitas dessas quedas de buracos negros”, disse Davelaar.
Publicado em 21/05/2022 11h47
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