No centro de uma galáxia chamada Messier 87, a cerca de 55 milhões de anos-luz de distância, sobre a qual gira toda a matéria da órbita da galáxia, está um monstro: um buraco negro supermassivo. Com cerca de 6, 5 bilhões de vezes a massa do Sol, o buraco negro no centro da M87 é tão denso que sua velocidade de escape, ou a velocidade necessária para escapar da gravidade do objeto, é maior que a velocidade da luz. Consequentemente, nem mesmo os fótons de luz podem escapar quando se aproximam demais.
Mas não deixe o nome “buraco negro” enganar você. "Em uma espécie de paradoxo da natureza, os buracos negros, que não permitem que a luz escape, são alguns dos objetos mais brilhantes do universo", diz Shep Doeleman, pesquisador sênior do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian e diretor do projeto Event Horizon Telescope (EHT), um esforço internacional para a imagem direta de um buraco negro supermassivo com telescópios ao redor do mundo.
Hoje, o projeto EHT, incluindo oito observatórios e mais de 60 instituições científicas em mais de 20 países, divulgou a primeira imagem de um buraco negro. “Esta é a primeira vez que vejo esta imagem agora”, diz France Córdova, diretor da National Science Foundation (NSF), em uma coletiva de imprensa no National Press Club. “E isso trouxe lágrimas aos meus olhos. Este é um negócio muito grande."
Seis artigos científicos também foram publicados hoje no Astrophysical Journal, detalhando as primeiras observações diretas de um buraco negro.
Embora a luz não possa escapar de um buraco negro em si, uma espécie de fronteira envolve cada buraco negro, conhecido como o horizonte de eventos. Qualquer matéria que vague além do horizonte de eventos é consumida pelo buraco negro, mas à medida que os gases se acumulam fora do horizonte de eventos, eles são aquecidos a centenas de bilhões de graus, emitindo uma enorme quantidade de radiação através da galáxia. O horizonte de eventos em torno do buraco negro M87 é de cerca de 1, 5 dias-luz de diâmetro, ou cerca de 40 bilhões de quilômetros, aproximadamente do mesmo tamanho que o nosso sistema solar.
“O que se espera se você vê um buraco negro supermassivo no centro de uma galáxia, e achamos que eles existem nos centros da maioria das galáxias, é que a gravidade intensa atrai o gás na vizinhança em direção ao buraco negro, e aquece para cima ”, diz Doeleman. "Você está tentando comprimir muito gás para o menor volume que você possa imaginar ... e todo aquele gás muito quente emite [luz]".
Depois de anos de planejamento por mais de 200 cientistas internacionais, os dados destinados a mostrar a primeira imagem de um buraco negro estão prontos. A equipe se reúne para a grande revelação - é um momento sísmico na astrofísica.As observações do buraco negro no centro de M87 revelam que ele gira no sentido horário. Na parte inferior da imagem, onde o anel de luz é mais brilhante, a rotação do buraco negro está se movendo em nossa direção, enquanto a parte do anel na parte superior da imagem está se afastando.
Tirar uma foto do gás queimando em torno do horizonte de eventos de um buraco negro, que os astrônomos chamam de “sombra” do buraco negro ou sua “silhueta”, não se mostrou uma tarefa fácil. O buraco negro M87 está no centro da galáxia, coberto por estrelas brilhantes e grandes áreas de gás e poeira. Para captar os fótons de luz que conseguem escapar da gravidade do buraco negro supermassivo, atraídos pelo horizonte de eventos antes de voar 55 milhões de anos-luz através de M87 e através do espaço intergaláctico para a Terra, os astrônomos ligaram alguns dos rádios mais poderosos telescópios já construídos para, em certo sentido, construir um telescópio do tamanho da Terra.
"Existe um campo especial chamado Very Long Baseline Interferometry, no qual você conecta rádios ao redor do mundo, e você obtém ampliações extremamente altas", diz Doeleman. Observatórios de radioastronomia, do Telescópio do Pólo Sul ao Telescópio da Groenlândia, contribuíram ou contribuirão com observações para o EHT. "Com a técnica de VLBI, onde você faz toda a Terra um telescópio, você precisa ligar os pratos em ambos os lados da Terra juntos usando uma rede de relógios atômicos, e é isso que fazemos."
O Telescópio Event Horizon coletou os dados para a primeira imagem de buraco negro em 2017. Usando relógios atômicos para alinhar as observações no tempo e supercomputadores para compilar os petabytes de dados, os cientistas podem efetivamente alcançar a resolução de um telescópio do tamanho da Terra - mas não a capacidade de coleta de luz, então a técnica só pode ser usada para observar objetos muito brilhantes. O VLBI só pode coletar ondas de rádio nas superfícies dos pratos, que estão constantemente girando com a Terra, mantendo um olho no centro da M87.
O Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), localizado no norte do Chile, com a Via Láctea visibleESO / Y. Beletsky no céu. O ALMA é o mais poderoso observatório de rádio da rede Event Horizon Telescope. (ESO / Y. Beletsky) “Você pode pensar nesses telescópios como pequenos pedaços de prata em um espelho do tamanho da Terra e, à medida que eles se movem, traçam fios de refletividade e, assim, vocês acabam tecendo ou girando um telescópio do tamanho da Terra - quase construindo. uma teia como uma aranha faz ”, diz Doeleman.
Os telescópios coletam ondas de rádio de freqüência extremamente alta (EHF), luz quase infravermelha no espectro eletromagnético, com um comprimento de onda de 1, 3 milímetros. A frequência é “simplesmente perfeita” para fazer a jornada expansiva das bordas de um buraco negro até nossos rádios, diz Doeleman. Os observatórios geralmente se voltam para a M87 à noite, e durante os meses de março e abril, quando os vapores atmosféricos da água estão em seus níveis mais baixos.
O Telescópio do Horizonte do Evento também tem observado Sagitário A *, o buraco negro supermassivo no centro de nossa própria galáxia, a Via Láctea. Sagitário A * (pronunciado “Sagitário A-estrela”) é um buraco negro supermassivo muito menos ativo do que aquele no centro de M87. Posicionado a cerca de 26.000 anos-luz de distância, Sagitário A * é pequeno o suficiente para parecer mais ou menos do mesmo tamanho no céu do que o M87 mais distante.
Muitos cientistas acreditam que os buracos negros fazem sentido no campo da física teórica, mas não poderiam existir na vida real. Capturar uma imagem de um buraco negro mudaria tudo isso.Além do brilhante horizonte de eventos ao redor do buraco negro M87, o objeto está ejetando jatos de material de seus pólos para o espaço. “Você consegue esses jatos de partículas relativistas, porque é claro que é muito muito energético, que pode fluir por dezenas de milhares de anos-luz”, diz Doeleman. "Eles podem atravessar toda a galáxia, e é essa liberação de energia em uma escala galáctica que pode mudar a aparência de uma galáxia inteira."
A energia dos jatos que fluem de um buraco negro supermassivo é determinada pela quantidade de matéria que o buraco negro está consumindo, assim como sua rotação, campo magnético e outras propriedades. "Os jatos estão carregando o equivalente a 10 bilhões de supernovas em energia", diz Sera Markoff, membro do conselho científico da EHT e professora da Universidade de Amsterdã, na coletiva de imprensa. "Esses sumidouros bizarros no tecido do espaço-tempo têm muitas conseqüências por conta própria", diz Markoff. Quando um buraco negro expele enormes quantidades de energia, impede que os gases ao redor do horizonte de eventos formem novas estrelas, impedindo o crescimento de galáxias.
No centro de um buraco negro, de acordo com a teoria geral da relatividade de Einstein, existe um ponto de singularidade onde toda a matéria do objeto é condensada em um volume tão pequeno que a densidade é essencialmente infinita. Neste ponto, acredita-se que as leis conhecidas da física sejam quebradas. Mais perto do horizonte de eventos, no entanto, os cientistas vão sondar a forma da silhueta do buraco negro para testar as leis da relatividade.
"Tenho que admitir que fiquei um pouco chocado por ter correspondido tão de perto as previsões que fizemos", diz Avery Broderick, astrofísico da EHT e professor associado da Universidade de Waterloo, na coletiva de imprensa. "É gratificante, mas também um pouco perturbador."
A forma da luz ao redor do buraco negro, conhecida como o anel de fótons, onde a luz orbita o centro, serve como o teste mais intensivo das teorias da gravidade de Einstein já realizadas.
"Uma das razões pelas quais você vê aquele anel de luz é que essa é a órbita na qual os fótons são constrangidos a se mover em um círculo ao redor do buraco negro", diz Doeleman. “É realmente extraordinário - você pega um objeto como um fóton que viaja tão rápido quanto qualquer coisa pode ir no universo, o mais rápido que você pode se mover, e então percebe que há um objeto chamado buraco negro que fará aquele raio de luz se curvar um círculo completo. E isso é essencialmente o que você está vendo. … E se você passar pelas equações de Einstein, é uma órbita muito especial ”.
Vendo o anel em torno de um buraco negro, sua silhueta em silhueta contra o cosmos, confirmou que a física teórica estabelecida há mais de 100 anos ainda é verdadeira “em um dos laboratórios mais extremos que o universo nos proporciona”.
"Acho que fala francamente ao espírito humano que somos capazes de fazer isso", diz Doeleman.
A Black Hole Hunters estreia sexta-feira, 12 de abril às 21h no Smithsonian Channel.
