Veja como essa imagem épica do buraco negro foi capturada

A primeira foto de um buraco negro já pode ser um marco na ciência, mas o conjunto de telescópios usado para capturá-la é igualmente inovador. Os astrônomos divulgaram hoje a estranha imagem do buraco negro no centro da galáxia Messier 87 (M87), mas foi o culminar de vários anos de trabalho em instalações em todo o mundo.

O Messier 87 está próximo, pelo menos em termos astronômicos. A galáxia elíptica fica a aproximadamente 55 milhões de anos-luz da Terra, no aglomerado de Virgem. Na verdade, é uma das galáxias mais massivas do universo local e foi descoberta por – e nomeada após – Charles Messier desde 1781.

Embora a galáxia possa ter sido vista séculos atrás, o buraco negro supermassivo em seu centro permaneceu uma fonte de vários mistérios. Por exemplo, a NASA já havia visto um jato de partículas de alta energia saindo do centro da M87, movendo-se perto da velocidade da luz. Estende mais de mil anos-luz. Enquanto isso, o telescópio espacial Hubble avistou uma estranha bolha de matéria no jato, conhecida como HST-1, que brilha e diminui de uma maneira que deixou os cientistas confusos.

Você não pode ver um buraco negro – apenas sua sombra

Parte do problema quando se trata de estudar buracos negros é o que os torna tão intrigantes em primeiro lugar: eles são tão vorazes que nem a luz pode escapar. O limite aceito de um buraco negro é o horizonte de eventos, o ponto no qual a luz não pode resistir à atração gravitacional. Sem energia escapando, é difícil imaginar o buraco negro.

A solução é procurar, não o próprio buraco negro, mas a sombra que ele lança. Além do horizonte de eventos, as enormes forças envolvidas superaquecerão os gases ao redor e outros materiais, além de distorcer o próprio espaço-tempo. Se – como M87 é – o buraco negro está no meio de uma região mais brilhante de gás brilhante, a curvatura gravitacional faz com que uma sombra seja feita.

É essa sombra que esta nova imagem capturou, um poço de tinta no centro de uma nuvem brilhante de gás. Mesmo assim, o próprio buraco negro é consideravelmente menor que a sombra: cerca de 2,5 vezes menor, na verdade. Ainda assim, tem cerca de 25 bilhões de quilômetros de diâmetro.

Não há um telescópio forte o suficiente para ver M87

“Anos atrás, pensávamos que teríamos que construir um telescópio espacial muito grande para imaginar um buraco negro”, disse Paul Hertz, diretor da divisão de astrofísica da sede da NASA em Washington, sobre as novas descobertas. Embora isso não fosse uma impossibilidade – e de fato a NASA está trabalhando em vários projetos de telescópios superpoderosos -, deixou de capturar uma imagem de um buraco negro uma possibilidade distante. De fato, a probabilidade era de que um único telescópio capaz de ver o M87 em ação estivesse a décadas de fruição.

Em vez disso, os cientistas se voltaram para o trabalho em grupo para ultrapassar essa estimativa. Em vez de um instrumento, o Event Horizon Telescope (EHT) combinou dados de oito, formando com efeito uma maneira superpoderosa de geração de imagens do M87.

ALMA, APEX, o telescópio IRAM de 30 metros, o telescópio James Clerk Maxwell, o telescópio grande milimétrico Alfonso Serrano, o submilímetro, o submilímetro e o telescópio do pólo sul e o telescópio do pólo sul, todas as observações combinadas feitas em abril de 2017. Nenhum dos instrumentos é fisicamente conectado. Em vez disso, eles salvaram os dados em discos rígidos de alto desempenho e essas informações foram coletadas por supercomputadores no Instituto Max Planck de Radioastronomia e no MIT Haystack Observatory.

Também não era uma pequena quantidade de dados. Aproximadamente 350 terabytes por dia foram capturados por cada telescópio. Em vez de tentar enviar essas informações digitalmente, a equipe do EHT carregou as unidades nos aviões e as transportou para os locais dos supercomputadores.

Tempo é tudo

Com oito telescópios trabalhando em conjunto, a chave estava na obtenção exata dos dados de cada um. Cada um usou um relógio atômico para registrar com precisão o tempo de cada observação. Esses relógios usam masers de hidrogênio para precisão, que dependem de átomos de hidrogênio individuais para medir a frequência.

O resultado é o que o projeto EHT descreve como “um telescópio virtual do tamanho da Terra”. Utilizava principalmente radiotelescópios, embora ao mesmo tempo as observações fossem registradas nas bandas de raios X e raios gama.

“As observações do EHT usam uma técnica chamada interferometria de linha de base muito longa (VLBI), que sincroniza instalações de telescópios em todo o mundo e explora a rotação do nosso planeta para formar um enorme telescópio do tamanho da Terra, observando um comprimento de onda de 1,3 mm. O VLBI permite que o EHT atinja uma resolução angular de 20 microssegundos – suficiente para ler um jornal em Nova York em um café de calçada em Paris ”EHT

Não foi apenas o conjunto de telescópios que deu trabalho. A equipe do EHT também precisava criar algoritmos de processamento personalizados para os dados processados ​​nos dois locais de supercomputadores, para obter algo significativo dos muitos terabytes capturados.

Um telescópio que escala

Embora essa primeira imagem de um buraco negro possa ser um grande marco, é apenas o começo do trabalho que a equipe do EHT espera concluir. Embora oito locais estejam online hoje, em breve a matriz será expandida ainda mais. Três novos telescópios – o IRAM NOEMA Observatory, o Greenland Telescope e o Kitt Peak Telescope – estão programados para entrar em operação e se juntar à caça aos buracos negros.

Quando isso acontece, a expectativa é de “sensibilidade substancialmente aumentada” para o projeto. Mais do que isso, porém, também será mais flexível. Diferentes telescópios em diferentes geografias são afetados pelo clima, condições sazonais e outros fatores. Aumentar o número de instrumentos que podem operar a qualquer momento, apesar dessas considerações, dará ao EHT um intervalo de tempo muito mais amplo para capturar dados.

Por enquanto, os cientistas estão estudando esse primeiro cache de informações e é provável que novas descobertas sigam a foto do buraco negro. Entre as questões remanescentes estão mistérios, como para onde a energia sugada pelos buracos negros realmente vai, e por que as partículas ao seu redor podem formar jatos de alta energia. Grandes perguntas que serão necessárias para responder a um grande telescópio.

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