Em abril de 2019, o histórico de colaboração do Event Horizon Telescope fez história quando lançou a primeira imagem de um buraco negro já realizado. Essa conquista levou décadas para ser iniciada e desencadeou um circo internacional da mídia. A imagem foi o resultado de uma técnica conhecida como interferometria, onde observatórios em todo o mundo combinavam luz de seus telescópios para criar uma imagem composta.
Esta imagem mostrou o que os astrofísicos previram há muito tempo, que a curvatura gravitacional extrema faz com que os fótons caiam ao redor do horizonte de eventos, contribuindo para os anéis brilhantes que os cercam. Na semana passada, em 18 de março, uma equipe de pesquisadores do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian (CfA) anunciou uma nova pesquisa que mostra como as imagens de buracos negros podem revelar uma subestrutura intrincada dentro deles.
O estudo que descreve suas descobertas, intitulado "Assinaturas interferométricas universais do anel de fótons de um buraco negro", apareceu recentemente na revista Avanços científicos. A equipe foi liderada por Michael Johnson, astrofísico da CfA, e induziu membros da Iniciativa Black Hole (BHI) de Harvard, do Laboratório Nacional Los Alamos, do Centro Princeton de Ciência Teórica e de várias universidades.
Como Johnson explicou em um recente comunicado de imprensa da CfA:
“A imagem de um buraco negro na verdade contém uma série aninhada de anéis. Cada anel sucessivo tem aproximadamente o mesmo diâmetro, mas se torna cada vez mais nítido porque sua luz orbita o buraco negro mais vezes antes de atingir o observador. Com a imagem atual do EHT, captamos apenas um vislumbre de toda a complexidade que deve surgir na imagem de qualquer buraco negro. ”
Como a lei da Relatividade Geral nos diz, os campos gravitacionais alteram a curvatura do espaço-tempo. No caso de um buraco negro, o efeito é extremo e faz com que até a luz (fótons) infale ao seu redor. Esses fótons lançam uma sombra no anel brilhante de gás e poeira que é acelerado a velocidades relativísticas pela gravidade do buraco negro.
Em torno desta região sombreada existe um "anel de fótons" produzido a partir de fótons que são concentrados pela forte gravidade perto do buraco negro. Esse anel pode dizer muito aos astrônomos sobre um buraco negro, já que seu tamanho e forma revelam a massa e a rotação (também conhecida como "rotação") do buraco negro. Por causa das imagens EHT, os pesquisadores de buracos negros agora têm uma ferramenta para estudar buracos negros.
Desde a década de 1950, os astrônomos aprenderam muito sobre eles estudando o efeito que exercem sobre o meio ambiente. Em outras palavras, o estudo dos buracos negros tem natureza indireta e teórica. Mas, com a capacidade de capturar imagens desses objetos celestes, os astrônomos podem finalmente estudá-los diretamente e coletar dados reais.
George Wong, um estudante de física da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, foi responsável pelo desenvolvimento de software para produzir imagens simuladas de buracos negros. Esse software é o que permite que imagens com a mais alta resolução até o momento sejam computadas e que sua equipe as decomponha na série prevista de sub-imagens. Como Wong indicou:
“Reunir especialistas de diferentes áreas nos permitiu realmente conectar uma compreensão teórica do anel de fótons ao que é possível com a observação. O que começou como cálculos clássicos de lápis e papel nos levou a levar nossas simulações a novos limites. ”
O que foi especialmente surpreendente para os pesquisadores, no entanto, foi como a subestrutura revelada pela imagem do buraco negro cria novas oportunidades de pesquisa. Enquanto os fragmentos revelados são normalmente invisíveis a olho nu nas imagens, eles produzem sinais muito claros quando observados por conjuntos de telescópios usando interferometria.
Isso apresenta aos astrônomos uma maneira relativamente fácil de expandir o trabalho realizado pela colaboração da EHT até agora. "Embora a captura de imagens de buracos negros normalmente exija muitos telescópios distribuídos, as sub-estruturas são perfeitas para estudar usando apenas dois telescópios muito distantes", disse Johnson. "Adicionar um telescópio espacial ao EHT seria suficiente."
Os campos da astronomia e astrofísica sofreram múltiplas revoluções nos últimos anos. Entre as primeiras observações de objetos interestelares, a confirmação de ondas gravitacionais e as primeiras observações diretas de um buraco negro. Esses primeiros lançamentos permitiram pesquisas que prometem desvendar vários mistérios duradouros sobre o cosmos.
A pesquisa da equipe foi possível em parte por doações da NASA, da National Science Foundation (NSF), do Departamento de Energia (DoE) e de várias fundações científicas e de pesquisa.
