Os astrônomos divulgaram hoje a primeira imagem do buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea – ou pelo menos uma imagem de sua sombra. Esta imagem, do objeto conhecido como Sagitário A* (Sgr A*), considerada impossível há apenas alguns anos, foi alcançada através dos esforços combinados de oito observatórios de rádio em todo o mundo e mais de 300 cientistas em todo o mundo. “Até agora, não tínhamos a imagem direta confirmando que Sgr A* era de fato um buraco negro”, disse o membro da equipe Feryal Özel, da Universidade do Arizona, em entrevista coletiva em Washington, DC, hoje.
A equipe, conhecida como Event Horizon Telescope (EHT), em 2019 produziu a primeira imagem de um buraco negro, no centro da galáxia gigante vizinha M87. As duas imagens parecem notavelmente semelhantes e isso é parte do extraordinário, dizem os pesquisadores. O buraco negro M87 é 1600 vezes mais massivo que Sgr A* e fica no coração de uma galáxia muito maior. No entanto, a semelhança das duas imagens – anéis brilhantes de gás presos em espirais da morte em torno desses buracos finais – demonstra que a teoria da gravidade de Albert Einstein, a relatividade geral, funciona da mesma forma em todas as escalas. Apesar dos diferentes ambientes, quando você se aproxima do buraco negro “a gravidade assume o controle”, diz Sara Issaoun, membro da equipe do EHT, do Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). Obter esta segunda imagem mostra que não foi uma coincidência, diz Özel. “Agora sabemos que, em ambos os casos, o que vemos é o coração do buraco negro, o ponto sem retorno.”
Comparado com o M87, que converte gás em turbilhão em um jato poderoso com milhares de anos-luz de comprimento, o Sgr A* parece ser silencioso. “O M87 foi emocionante porque foi extraordinário”, diz Michael Johnson, da CfA. “Sgr A* é emocionante porque é comum.” A análise inicial da nova imagem sugere que apenas um fio de gás chega ao buraco negro, e apenas uma parte em 1000 está sendo convertida em luz, diz Johnson. “O buraco negro é voraz, mas ineficiente.” As simulações também sugerem que o buraco negro está girando, embora a equipe não veja evidências diretas de rotação na imagem, acrescenta Johnson.
Embora os buracos negros supermassivos tenham massas enormes – milhões ou bilhões de vezes a do Sol – sua gravidade intensa significa que sua borda externa, o horizonte de eventos, é minúscula em termos galácticos. Sgr A*, que tem uma massa de 4 milhões de sóis, tem um horizonte de eventos que é apenas 15 vezes o tamanho da distância Terra-Lua. A imagem de algo tão pequeno a 27.000 anos-luz de distância apresenta um enorme desafio para os astrônomos.
O primeiro desafio é a poeira: nuvens de poeira ao redor do centro galáctico impossibilitam observações com telescópios ópticos. Os radiotelescópios podem espiar através da poeira, mas seus comprimentos de onda longos não oferecem a resolução para detectar um buraco negro diminuto. Há um ponto ideal nos comprimentos de onda de rádio mais curtos de cerca de 1 milímetro, onde a luz pode perfurar a escuridão e oferecer uma imagem nítida o suficiente. Os telescópios que observam nesse comprimento de onda são uma geração relativamente nova. Ao contrário dos radiotelescópios normais, eles devem ser construídos em locais de alta altitude para superar a maior parte da umidade na atmosfera da Terra.
Em astronomia, quanto maior o telescópio, mais nítida é a imagem. Os astrônomos calcularam décadas atrás que, para ver Sgr A* em ondas milimétricas, seria necessária uma abertura de telescópio tão grande quanto a da Terra. Como um telescópio não está disponível, o EHT faz a próxima melhor coisa: observa o centro galáctico com uma coleção de antenas de telescópio espalhadas pelo globo ao mesmo tempo. A equipe do EHT armazena os dados e depois os processa com computadores poderosos, como se cada prato fosse um pequeno pedaço de uma abertura em toda a Terra – uma técnica conhecida como interferometria de linha de base muito longa (VLBI). “Cada par [of telescopes] contribui com um pouco de informação para toda a imagem”, diz Katie Bouman, membro da equipe do EHT, do Instituto de Tecnologia da Califórnia.
O VLBI não havia sido tentado antes em ondas milimétricas, então na década de 2010, a equipe do EHT teve que desenvolver novas técnicas de observação e processamento e adaptou um punhado de pratos para ver se poderia funcionar. Em 2017, a equipe estava pronta para atirar em Sgr A* e na galáxia gigante vizinha M87 usando oito observatórios, do Havaí à Espanha e do Arizona ao Pólo Sul. Uma adição importante foi o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array no Chile, um grupo de 64 pratos que juntos atuam como um telescópio de 84 metros de largura.
O processamento e a interpretação dos dados demoraram mais do que o esperado e, por conta dos novos métodos, a equipe foi cuidadosa na interpretação da imagem. “Foi a melhor imagem examinada em radioastronomia de todos os tempos”, diz Heino Falcke, membro da equipe do EHT, da Universidade Radboud. Em abril de 2019, a equipe divulgou sua agora famosa imagem do M87, resultado escolhido como CiênciaAvanço do Ano de 2019 de 2019.
M87 foi processado primeiro. Sgr A* provou ser uma noz mais difícil de quebrar, primeiro porque os telescópios a estavam visualizando através do plano central lotado da Via Láctea, onde elétrons de gases ionizados espalhavam a luz. Johnson descreve isso como espiar através de “vidro fosco”. O segundo desafio foi o movimento. O gás se move lentamente em torno do buraco negro gigante de M87, levando dias para orbitar o horizonte de eventos. Mas para o Sgr A* muito menor, o gás leva de 4 minutos a 1 hora para orbitar, portanto, durante uma observação que dura várias horas, há muito movimento. “Se um objeto muda de maneira maluca, você não pode visualizá-lo com o VLBI”, diz Falcke.
Os três “nós” visíveis na imagem podem ser esperados de variações naturais no brilhante turbilhão de gás, mas Özel diz que eles também podem ser artefatos do processo de observação. “Nós não confiamos muito nos nós”, diz ela. Ainda assim, Falcke diz que depois de 2 anos examinando a qualidade dos resultados, a equipe está confiante de que o anel de luz ao redor da sombra do buraco negro representa a realidade. “No topo da estrutura caótica, você tem uma estrutura estável”, diz ele.
Ao contrário de M87, a massa de Sgr A* é conhecida com muita precisão a partir de estudos de órbitas estelares próximas ao buraco negro, então a equipe tinha uma ideia firme do que deveria estar vendo. “É uma previsão muito apertada, sem margem de manobra”, diz Falcke.
A equipe do EHT tem um enorme acúmulo de observações para analisar. Realizou outras campanhas de observação em 2018, 2021 e 2022 e em breve começará a processar dados delas. “Agora que as ferramentas estão prontas, esperamos que seja mais rápido”, diz Özel. Desde 2017, a colaboração EHT adicionou novos pratos na Groenlândia, França e Estados Unidos, e espera em breve começar a construir outro na Namíbia. No futuro, os pesquisadores planejam começar a observar em um comprimento de onda mais curto – 0,86 milímetros, em comparação com os 1,3 milímetros usados até agora – o que lhes permitirá ver ainda mais perto do horizonte de eventos. Outro objetivo é fazer filmes de movimento ao redor do buraco negro com observações regulares. Observar M87 a cada 2 semanas é o primeiro objetivo. Mais tarde, eles tentarão Sgr A*-The Movie. “Você precisa de mais observações ao mesmo tempo”, diz Falcke. “É muito trabalho duro.
Esta história será atualizada.
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