Em 2017, os astrônomos capturaram a primeira imagem de um buraco negro coordenando antenas de rádio em todo o mundo para atuar como um único telescópio do tamanho de um planeta.
A rede sincronizada, conhecida coletivamente como Event Horizon Telescope (EHT), focada em M87*, o buraco negro no centro da vizinha galáxia Messier 87. A resolução focada no laser do telescópio revelou um anel brilhante muito fino em torno de um centro escuro, representando o primeiro visual da sombra de um buraco negro.
Os astrônomos agora reorientaram sua visão para capturar uma nova camada de M87*. A equipe, incluindo cientistas do Observatório Haystack do MIT, aproveitou outra rede global de observatórios – o Global Millimeter VLBI Array (GMVA) – para capturar uma visão mais ampliada do buraco negro.
As novas imagens, tiradas um ano após as observações iniciais do EHT, revelam um anel mais espesso e fofo que é 50% maior do que o anel relatado pela primeira vez. Este anel maior é um reflexo da resolução do conjunto do telescópio, que foi ajustado para captar mais plasma superquente e brilhante que envolve o buraco negro.
Pela primeira vez, os cientistas puderam ver que parte do anel do buraco negro consiste em plasma de um disco de acreção circundante – uma panqueca giratória de elétrons incandescentes que a equipe estima estar sendo aquecida a bilhões de graus Celsius à medida que o plasma flui para o interior do buraco negro. buraco negro próximo à velocidade da luz.
As imagens também revelam plasma saindo do anel central, que os cientistas acreditam ser parte de um jato relativístico saindo do buraco negro. Os cientistas rastrearam essas emissões em direção ao buraco negro e observaram pela primeira vez que a base do jato parece se conectar ao anel central.
“Esta é a primeira imagem em que conseguimos identificar onde está o anel, em relação ao poderoso jato escapando do buraco negro central”, diz Kazunori Akiyama, cientista pesquisador do Haystack Observatory do MIT, que desenvolveu o software de imagem usado para visualizar o buraco negro. “Agora podemos começar a abordar questões como a forma como a matéria é capturada por um buraco negro e como às vezes consegue escapar.”
Akiyama faz parte de uma equipe internacional de astrônomos que apresenta as novas imagens, juntamente com suas análises, em um artigo hoje na Nature.
Um olho expandido
Para capturar imagens de M87*, os astrônomos usaram uma técnica em radioastronomia conhecida como interferometria de linha de base muito longa, ou VLBI. Quando um sinal de rádio passa pela Terra, como as emissões de plasma de um buraco negro, antenas de rádio em todo o mundo podem captar o sinal. Os cientistas podem então determinar o tempo em que cada prato registra o sinal e a distância entre os pratos, e combinar essas informações de uma maneira análoga ao sinal visto por um telescópio muito grande em escala planetária.
Quando cada radiotelescópio é discado para uma frequência específica, a matriz como um todo pode se concentrar em uma característica específica do sinal de rádio. A rede do EHT foi sintonizada em 1,3 milímetros – uma resolução equivalente a ver um grão de arroz na Califórnia, de Massachusetts. Com essa resolução, os astrônomos puderam ver além da maior parte do plasma ao redor de M87* e visualizar o anel mais fino, acentuando assim a sombra do buraco negro.
Em contraste, a rede GMVA funciona em um comprimento de onda ligeiramente maior de 3 milímetros, dando-lhe uma resolução angular ligeiramente inferior. Com esse foco, a matriz poderia resolver uma semente de abóbora, ao invés de um grão de arroz. A própria rede consiste em cerca de uma dúzia de radiotelescópios espalhados pelos Estados Unidos e Europa, localizados principalmente ao longo do eixo leste-oeste da Terra. Para tornar um telescópio verdadeiramente do tamanho de um planeta capaz de capturar um sinal de rádio distante do M87*, os astrônomos tiveram que expandir o “olho” da matriz para o norte e o sul.
Para fazer isso, a equipe envolveu dois observatórios de rádio adicionais: o Greenland Telescope ao norte e o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ao sul. O ALMA é um conjunto de 66 antenas de rádio localizadas no deserto do Atacama, no Chile. Os cientistas do MIT Haystack, incluindo a principal pesquisadora Lynn Matthews, trabalharam para fasear ou sincronizar os pratos do ALMA para funcionar como uma parte poderosa e essencial da rede GMVA.
“Ter esses dois telescópios [como parte] da matriz global resultou em um aumento na resolução angular por um fator de quatro na direção norte-sul”, diz Matthews. “Isso melhora muito o nível de detalhe que podemos ver. E, neste caso, a consequência foi um salto dramático em nossa compreensão da física operando perto do buraco negro no centro da galáxia M87.”
Sintonizando
Nos dias 14 e 15 de abril de 2018, os astrônomos coordenaram os telescópios do GMVA, juntamente com os observatórios Greenland e ALMA, para registrar emissões de rádio em um comprimento de onda de 3 milímetros, vindo da direção da galáxia M87. Os cientistas então usaram vários algoritmos de processamento de imagens, incluindo um desenvolvido por Akiyama, para processar as observações do GMVA em imagens visuais.
As imagens resultantes revelam mais plasma ao redor do buraco negro, na forma de um anel maior e mais fofo. Os astrônomos também puderam detectar plasma subindo e saindo do anel brilhante central.
“O interessante é que ainda vemos uma área escura central envolvendo o buraco negro, mas também começamos a ver um jato mais estendido, proveniente desse anel central”, diz Akiyama.
Os astrônomos esperam identificar mais propriedades do plasma do buraco negro, como seu perfil de temperatura e composição. Para isso, planejam ajustar o EHT e o GMVA às novas resoluções. Ao observar o M87* em vários comprimentos de onda, eles podem construir uma imagem em camadas e uma compreensão mais detalhada dos buracos negros e dos jatos que eles geram.
“Se algo importante acontecer no mundo, você pode sintonizar AM e FM para obter uma ‘imagem completa’ do evento”, diz Geoffrey Crew, um cientista pesquisador da Haystack que trabalha para apoiar o ALMA e o EHT. “Isso não é diferente. Você pode pensar na imagem do EHT M87* sendo feita em FM, e esse resultado vindo de AM. Ambos contam uma história e, juntos, é uma história melhor.”
Publicado em 01/05/2023 21h13
Artigo original: