Contemple a primeira imagem do buraco negro no centro da nossa galáxia

Uma rede global de telescópios captou o ambiente extremo em torno do buraco negro supermassivo nas nossas redondezas cósmicas.

Por Nadia Drake
Publicado 16/05/2022, 11:53
buraco negro

Esta é a primeira fotografia do material superaquecido em torno do buraco negro supermassivo na Via Láctea, o Sagitário A*, e não do próprio buraco negro em si, porque a luz não consegue escapar do buraco negro.

Fotografia por Event Horizon Telescope Collaboration

O coração da Via Láctea, como muitas outras coisas, é um mistério. No núcleo da nossa galáxia existe um buraco negro supermassivo com o peso de quatro milhões de sóis. Rodeado por um disco brilhante de matéria rodopiante, este poço de espaço-tempo sem fundo está geralmente obscurecido por uma nuvem de gás, poeira e pelas estrelas em órbita.

Contudo, os cientistas que usam uma rede global de telescópios conhecida por Telescópio Event Horizon (EHT) conseguiram um vislumbre do coração da galáxia e revelaram agora a primeira imagem da silhueta do referido buraco negro. As observações, feitas em 2017, foram descritas num conjunto de artigos científicos agora publicados na Astrophysical Journal Letters.

“Hoje, o Telescópio Event Horizon tem o prazer de partilhar convosco a primeira imagem direta do gigante gentil que está no centro da nossa galáxia, o Sagitário A*”, disse Feryal Özel, da Universidade do Arizona, durante a conferência de imprensa onde foi anunciada a descoberta. “Conheci este buraco negro há 20 anos e desde então tenho tentado amá-lo e compreendê-lo. Porém, até agora, não tínhamos uma imagem direta que confirmasse que o Sagitário A* era de facto um buraco negro.”

A imagem mostra um anel distorcido de material radiante que envolve um poço de escuridão – a sombra do buraco negro conhecido por Sagitário A* (pronuncia-se “Sagitário A-estrela”). A imagem arrasta-se até ao horizonte de eventos do buraco negro, o ponto de não retorno a partir do qual estrelas, planetas, poeira e até a luz desaparecem no desconhecido.

“A luz que está demasiado perto do buraco negro, perto o suficiente para ser engolida pelo mesmo, eventualmente cruza o seu horizonte e deixa no seu rescaldo apenas um vazio escuro no centro”, disse Feryal Özel.

A imagem mais recente do Telescópio Event Horizon é o trabalho de uma colaboração global de mais de 200 cientistas. Em 2019, esta colaboração revelou uma imagem de aparência semelhante de um gigantesco buraco negro no coração de M87, uma galáxia que fica a 50 milhões de anos-luz de distância. Essa imagem assinalou a primeira vez em que a sombra de um buraco negro foi observada diretamente. Ambas as imagens foram obtidas através de uma combinação de dados de oito observatórios de todo o planeta, que transformaram efetivamente a Terra numa espécie de telescópio gigante.

Poucos minutos após o anúncio da descoberta, os investigadores especializados em buracos negros pelo mundo inteiro elogiaram este marco assinalável. “É uma ótima imagem do anel em torno do buraco negro!!!”, disse à National Geographic Andrea Ghez, astrónoma da Universidade da Califórnia, em Los Angeles, que venceu o Prémio Nobel da Física em 2020 pelo seu estudo do Sagitário A*. “Bravo para a equipa do EHT.”

Com a imagem de um segundo buraco negro em mãos, os cientistas podem continuar a estudar se a física como a conhecemos – e em particular, a teoria da relatividade de Einstein – se mantém no ambiente extremo em torno de um buraco negro supermassivo. Comparando estas novas observações com as de M87, os investigadores podem aprender mais sobre a forma se comportam os buracos negros de diferentes massas.

“Pensei muito sobre este buraco negro durante o meu doutoramento”, diz Sera Markoff, da Universidade de Amesterdão. “Por vezes trabalhamos em algo que é muito abstrato, mas de repente ali está. E estamos a olhar para o buraco negro.”

Um telescópio do tamanho do mundo

Em abril de 2017, os cientistas apontaram os radiotelescópios de oito observatórios em direção ao coração da nossa galáxia. Espalhados desde o Havai a Espanha e até ao Polo Sul, os telescópios foram observando o Sagitário A* à medida que a rotação da Terra o colocava à vista. Depois de recolhidas as observações, a equipa combinou os dados de cada telescópio – usando uma técnica chamada interferometria de linha de base muito longa – e usou os dados para trabalhar na criação da imagem.

Gerar uma imagem de Sagitário A* não foi um processo tão direto como aconteceu no caso do buraco negro supermassivo em M87, que foi observado durante a mesma campanha de investigação. A cerca de 26.000 anos-luz de distância, o buraco negro Sagitário A* pode ser a coisa mais massiva da galáxia, mas é bastante pequeno no que diz respeito a buracos negros supermassivos – tem cerca de 1/1500 da massa do buraco negro central de M87.

Se o buraco negro de M87, que tem 6.5 mil milhões de massas solares, estivesse no centro do sistema solar, destruiria tudo até uma distância 130 vezes superior à que a Terra está do sol; o Sagitário A*, porém, nem sequer preencheria a órbita de Mercúrio.

O Sagitário A* também está fortemente obscurecido pela poeira e gás presentes no centro da Via Láctea, e o ambiente no local é incrivelmente variável – rodopiante, turbulento, em chamas – o que dificulta a combinação de todas as observações numa só imagem. “As coisas em torno dos buracos negros mais pequenos movem-se mais depressa”, diz Dimitrios Psaltis, astrofísico da Universidade do Arizona. “Estávamos preocupados porque o plasma em torno do buraco negro não ia ficar parado durante as oito horas que a Terra demora a girar para podermos captar uma imagem.”

Contudo, eventualmente, o Sagitário A* colaborou na criação do seu retrato.

O abismo no centro da galáxia

Esta nova imagem revela alguns detalhes importantes sobre o dreno gravitacional no centro da nossa galáxia, incluindo a orientação da sua rotação, que sugere que o topo do buraco negro – ou o fundo, dependendo da perspetiva – está voltado quase diretamente para a Terra. A sua massa também parece consistente com as estimativas feitas anteriormente a partir do estudo das estrelas que orbitam o buraco negro.

Mas existe um pormenor um tanto ou quanto desconcertante – os dados também mostram que este buraco negro supermassivo não parece estar a lançar um poderoso jato de partículas no cosmos, que é uma característica relativamente comum nestes objetos, incluindo o buraco negro de M87.

“Portanto, o debate agora é saber se Sagitário A* está realmente a lançar um jato, e se esse jato é difícil de observar devido ao seu ambiente complicado e por ser tão pequeno e fraco”, diz Sera Markoff. “Levando em consideração tudo o que estamos a observar, os nossos modelos prevêem que deve haver um jato.”

No que diz respeito aos buracos negros supermassivos, o Sagitário A* é o objeto ‘menos alimentado’ que o EHT conseguiu observar até agora. Em vez de devorar furiosamente qualquer coisa que se aproxime demasiado, o buraco negro está adormecido, contentando-se com os resquícios de ventos estelares libertados pelas estrelas próximas e alimentando-se de migalhas suficientes para formar um anel visível. Ainda assim, há várias linhas de evidência que sugerem que o Sagitário A* já foi muito mais ativo no passado.

“Sabemos que os buracos negros passam por ciclos de atividade. Vemos isso explicitamente quando observamos os buracos negros supermassivos nos aglomerados de galáxias”, diz Sera Markoff. “Conseguimos ver as bolhas que expelem durante os seus ciclos ativos no gás circundante, e parecem explodir estas bolhas a cada cem milhões de anos ou mais. Portanto, parece haver um interruptor de ligar-desligar.”

A atividade do buraco negro Sagitário A* deixou marcas nas moléculas que estão no meio interestelar e que sugerem que a sua atividade varia — pelo menos moderadamente — em escalas temporais de milénios, ou até séculos. E embora os cientistas saibam que a atividade de um buraco negro varia consoante a quantidade de material que consome, não se sabe exatamente como é que este processo funciona.

Uma das formas pelas quais os cientistas tentam compreender este turbilhão caótico que envolve Sagitário A* é comparando-o com o sol. O sol tem uma massa significativamente mais pequena, mas a sua turbulência efervescente, campos magnéticos retorcidos, explosões, erupções e gases borbulhantes podem ajudar os astrónomos a aprender mais sobre a física em torno dos buracos negros supermassivos.

“É óbvio que se trata de um regime mais extremo”, diz Sera Markoff. “Mas o que eu acho incrível é que muito do que aprendemos com a física solar pode ser aplicado de várias maneiras aos buracos negros – na verdade, até usamos algumas técnicas emprestadas.”

De todos os tamanhos e feitios

Os cientistas esperam agora que uma compreensão mais aprofundada sobre os buracos negros M87 e Sagitário A* – incluindo as suas semelhanças e diferenças – os ajude a perceber melhor a população mais ampla de buracos negros. Se as teorias forem válidas para os objetos de tamanhos tão díspares, os cientistas podem estar mais confiantes de que as suas teorias explicam com precisão objetos que não podem ser observados com tanta clareza.

“No nosso campo, o processo de verificação é realmente muito difícil. Normalmente não conseguimos voar até um buraco negro e perceber o que está acontecer. Mas é o que conseguimos fazer neste caso”, diz Sera Markoff.

Ambos os buracos negros também estão a permitir aos físicos testar a teoria da relatividade de Albert Einstein de 1916. Os buracos negros são uma das previsões da teoria – e um resultado sobre o qual o próprio Einstein estava cético. Ainda assim, tirando alguns mistérios no reino quântico, a teoria da relatividade geral parece estar a aguentar-se, mesmo em ambientes astrofísicos extremos, onde os cientistas esperam que esta possa apresentar falhas.

“Se pegarmos em duas coisas no universo que tenham uma diferença de massa de 1500 vezes, essas duas coisas não irão parecer iguais – podemos usar como exemplo um planeta gigante e um pequeno asteroide, uma galáxia enorme e uma pequena galáxia, uma formiga e um elefante, uma pedra e uma montanha”, diz Dimitrius Psaltis.

“Todas as teorias do mundo têm uma escala e, quando mudamos de uma escala para outra, parecem diferentes. Exceto na relatividade geral. É a única teoria que não tem escala. Podemos olhar para o mais pequeno e o maior, e comportam-se exatamente da mesma maneira.”

 


Este artigo foi publicado originalmente em inglês no site nationalgeographic.com

 

 

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