Imagem histórica de buraco negro central da Via Láctea é só o começo

Na semana passada, um feito científico histórico foi divulgado ao público: a captação da primeira imagem real do buraco negro supermassivo Sagitário A*, que fica no coração da Via Láctea.

Agora, o Event Horizon Telescope (EHT) está pronto para dar seus próximos passos nas observações de buracos negros, fazendo vídeos que possam mostrar gases fluindo violentamente nessas misteriosas regiões do espaço-tempo.

Os buracos negros estão constantemente se agitando à medida que as órbitas de gás fluem ao seu redor, no chamado horizonte de eventos. No entanto, nunca foram registradas imagens em movimento capazes de mostrar toda essa turbulência.

Filmes produzidos por imagens repetidas dos buracos negros ao longo de meses e anos são um sonho para a comunidade científica astronômica. Os pesquisadores esperam que tais filmes mostrem a evolução dos discos de acreção conforme o gás flui em seu entorno e como os campos magnéticos dentro do disco ficam emaranhados e se findam enquanto são arrastados pelos buracos negros.

De acordo com Katie Bouman, cientista da computação do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), já houve tentativas de fazer um filme. “Nós tentamos isso com dados de 2017. Desenvolvemos algoritmos que nos permitiram fazer filmes e aplicamos isso aos dados”, acrescentou. “Vimos que, embora houvesse algo interessante lá, os dados que temos atualmente não são o suficiente para fazer algo realmente confiante”.

Assim, os cientistas precisam de mais dados antes que um vídeo seja viável. No entanto, capturar esses dados leva muito tempo, e os telescópios que compõem o projeto EHT têm outros programas de observação para completar.

Observação ágil pode permitir captação de imagens em movimento dos buracos negros

Segundo o site Space.com, para enfrentar o desafio, os engenheiros da equipe estão implementando melhorias técnicas para que até 2024 os astrônomos do EHT possam mudar as observações on e off. Essa capacidade permitirá que os cientistas façam uso do tempo livre nos telescópios por um longo período, em vez de uma campanha de observação que dura uma ou duas semanas.

Vincent Fish, astrofísico do Observatório Haystack do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), descreve a abordagem como observação ágil. “Você faz suas observações, e então [os telescópios] podem voltar e fazer sua outra ciência durante o resto do tempo”, disse ele durante a conferência de imprensa da Fundação Nacional de Ciência dos EUA (NSF), na última quinta-feira (12).

Embora essas observações ágeis comecem só em 2024, os cientistas do EHT precisarão de algum tempo para processar os dados em um filme usando as técnicas de imagem descritas por Bouman.

E a primeira “estrela de cinema” entre os buracos negros será o Messier 87 (ou M87*), que tem 7 bilhões de vezes a massa do Sol e fica a 54 milhões de anos-luz da Terra, no coração do aglomerado de galáxias de Virgem. 

Apesar de sua grande distância, esse buraco negro aparece no céu em um tamanho semelhante ao de Sagitário A*, devido ao fato de ser muito maior. O anel de gás retratado ao redor de Sagitário A* poderia caber dentro da órbita de Mercúrio, o raio do qual é de cerca de 58 milhões de quilômetros, enquanto o buraco negro M87* poderia facilmente abranger as órbitas de todos os planetas do sistema solar.

Como Sagitário A* é muito menor, as mudanças ocorrem muito mais rapidamente à medida que o gás gira em torno do buraco negro – muito rapidamente para observação esporádica pelo EHT para rastrear. 

Já no caso do M87*, ele é tão grande, que as mudanças em seu anel de gás levam semanas ou meses para se tornarem aparentes, permitindo que os filmes sejam capturados em um ritmo mais considerável.

Uma observação ágil tem outras vantagens. Ocasionalmente, os buracos negros experimentam uma explosão enquanto despedaçam um asteroide ou uma nuvem de gás que se aproximou demais. 

Observar tais explosões requer um acompanhamento rápido, o que o EHT até agora não conseguiu fazer, dada a logística de organizar a agenda dos telescópios e configurar os equipamentos necessários. Com a observação ágil, o EHT será capaz de acompanhar o movimento de um interruptor caso os astrônomos avistem uma explosão no M87* ou mesmo no Sagitário A*.

EHT pretende fazer imagens polarizadas de Sagitário A*

Embora não tenhamos um filme de Sagitário A* tão cedo, há muito mais para observar lá enquanto isso. O EHT já mediu o nível de polarização na luz do disco de gás M87*, que informa aos astrônomos sobre a força e direção dos campos magnéticos envoltos no disco, possivelmente emanando do próprio buraco negro. E isso deve ser feito também no buraco negro da nossa galáxia.

“Nosso próximo passo será fazer imagens polarizadas de Sagitário A*, para que possamos ver os campos magnéticos perto do buraco negro e ver como eles são arrastados [ao redor] pelo próprio buraco negro”, disse Michael Johnson, astrofísico do Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, durante a videoconferência da NSF.

O EHT opera por meio da Interferometria de Linha de Base Muito Longa, uma técnica que emparelha telescópios. A distância entre os telescópios, que os cientistas chamam de “linha de base”, é equivalente à abertura de um telescópio normal.

Enquanto sete observatórios colaboraram para a imagem do buraco negro de M87*, com a adição do Telescópio do Polo Sul, foram oito observatórios envolvidos na captação da imagem de Sagitário A*.

Se mais telescópios puderem se juntar ao projeto EHT, então as linhas de base que ligam observatórios podem aumentar em número e comprimento. O alongamento das linhas de base aumenta a resolução, permitindo que os cientistas vejam detalhes menores. 

Além disso, o aumento do número de linhas de base amplia a sensibilidade do EHT bem como sua quantidade de ângulos de visão. Esse é um fator que está em exibição na imagem de Sagitário A*, que parece irregular: os pontos brilhantes não são zonas quentes, mas sim regiões de marca onde ângulos de visão de mais pares de telescópios coincidiram, resultando em um sinal mais forte.

Três novos telescópios foram adicionados ao EHT desde que as imagens M87* e Sagitário A* vinham sendo executadas: o Greenland Telescope Project (GTP), na Groenlândia, o Observatório IRAM NOEMA, nos Alpes Franceses, e o Telescópio Kitt Peak de 12 metros, no estado norte-americano do Arizona. 

Como o GTP fica muito ao norte, ele só pode observar o buraco negro M87*, e não o Sagitário A*. Por outro lado, o Telescópio do Polo Sul não é capaz de ver M87*. Assim, apenas com uma quantidade de 10 telescópios será possível observar cada um desses buracos negros.”Adicionar novas estações ajudará muito”, disse Ryan Hickox, astrofísico do Dartmouth College.

E outros buracos negros em outras galáxias? Infelizmente, por enquanto, talvez tenhamos que nos contentar com apenas dois buracos negros. “Um dos desafios é que não há realmente nenhum buraco negro que tenha um horizonte de eventos grande o suficiente, como projetado no céu, que pode ser facilmente capturado com o Event Horizon Telescope”, disse Hickox.

Isso não significa que o EHT não possa observá-los. A rede já observou os jatos de algumas galáxias ativas, como a Quasar 3C273, que está a 2,4 bilhões de anos-luz de distância da Terra e tem um buraco negro central com cerca de 880 milhões de massas solares.

Esses jatos podem ser surpreendentemente informativos, segundo Hickox. “Há muita estrutura realmente interessante nesses jatos que nos diz sobre como as partículas são aceleradas em torno de um buraco negro, como elas interagem com o ambiente depois de ejetadas e a forma como os campos magnéticos funcionam, além da composição dessas partículas, e todas essas coisas que afetam como esses jatos então influenciam o gás em escalas muito grandes ao redor de sua galáxia”.

Muitas dúvidas ainda persistem em relação aos buracos negros. Eles estão girando, e se sim, em que velocidade? De onde vêm seus campos magnéticos? Eles consomem gás em goles repentinos ou em doses homeopáticas? E como eles afetam seu ambiente imediato em suas galáxias?

Com o lançamento da imagem de Sagitário A*, e a possibilidade de captação de imagens em movimento, as respostas para algumas dessas perguntas podem estar quase ao nosso alcance.

Já assistiu aos nossos novos vídeos no YouTube? Inscreva-se no nosso canal!