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Registrada primeira imagem de um buraco negro

Observatórios ESO, ALMA e APEX contribuem para as observações de mudança de paradigma do gigantesco buraco negro no coração da galáxia Messier 87 e revelaram ao mundo a primeira imagem de um buraco negro supermassivo.

Da Redação*

Via Fanzine

10/04/2019

A área central da galáxia Messier 87 foi registrada pelo EHT, um potente conjunto de oito telescópios terrestres e revelaram o seu coração: um buraco negro supermassivo.

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O dia 10 de abril de 2019 ficará conhecido como o dia em que conhecemos a imagem de um buraco negro. Esta observação pôde ser feita pela linha de visada (posicionamento) da Messier 87 em relação a Terra. O diâmetro desse buraco negro é muito superior ao de todo Sistema Solar. Esse feito se deu graças ao Telescópio de Horizonte de Eventos (EHT), um conjunto em escala planetária de oito radiotelescópios terrestres forjados através de colaboração internacional e projetado para capturar imagens de um buraco negro. Na quarta-feira, 10/04, através de conferências de imprensa coordenadas em todo o mundo, os pesquisadores do EHT revelaram que tiveram sucesso, desvelando a primeira evidência visual direta de um buraco negro supermassivo e sua sombra.

Este avanço foi anunciado em uma série de seis artigos publicados em uma edição especial do The Astrophysical Journal Letters. A imagem revela o buraco negro no centro de Messier 87, uma enorme galáxia no aglomerado de galáxias vizinhas de Virgem. Este buraco negro está a 55 milhões de anos-luz da Terra e tem uma massa de 6,5 bilhões de vezes a massa do Sol.

O EHT liga telescópios ao redor do globo para formar um telescópio virtual do tamanho da Terra e sem precedentes. O EHT oferece aos cientistas uma nova maneira de estudar os objetos mais extremos do Universo previstos pela relatividade geral de Einstein durante o ano do centenário do experimento histórico que primeiro confirmou sua teoria.

"Nós tiramos a primeira foto de um buraco negro. Este é um extraordinário feito científico realizado por uma equipe de mais de 200 pesquisadores", disse o diretor do projeto do EHT, Sheperd S. Doeleman, do Centro de Astrofísica Harvard e Smithsonian.

Buracos negros são objetos cósmicos extraordinários com massas enormes, mas tamanhos extremamente compactos. A presença desses objetos afeta seu ambiente de formas extremas, distorcendo o espaço-tempo e superaquecendo qualquer material circundante.

"Se imersos em uma região brilhante, como um disco de gás brilhante, esperamos que um buraco negro crie uma região escura semelhante a uma sombra - algo previsto pela relatividade geral de Einstein e que nunca vimos antes", explicou o presidente do EHT, membro do Conselho Científico Heino Falcke da Universidade Radboud, Holanda.

"Essa sombra, causada pela flexão gravitacional e captura de luz pelo horizonte de eventos, revela muito sobre a natureza desses objetos fascinantes e nos permitiu medir a enorme massa do buraco negro de M87", disse ele.

Múltiplas calibrações e métodos de imagem revelaram uma estrutura em forma de anel com uma região central escura - a sombra do buraco negro - que persistiu sobre várias observações independentes do EHT.

"Uma vez que tínhamos certeza de que tínhamos imaginado a sombra, poderíamos comparar nossas observações a extensos modelos de computador que incluem a física do espaço distorcido, matéria superaquecida e campos magnéticos fortes. Muitas das características da imagem observada combinam surpreendentemente com nossa compreensão teórica", comentou Paul TP Ho, membro do Conselho do EHT e diretor do Observatório da Ásia Oriental. "Isso nos deixa confiantes sobre a interpretação de nossas observações, incluindo nossa estimativa da massa do buraco negro", disse ele.

"O confronto da teoria com as observações é sempre um momento dramático para um teórico. Foi um alívio e uma fonte de orgulho perceber que as observações combinavam muito bem com nossas previsões", afirmou Luciano Rezzolla, membro do Conselho da EHT da Goethe Universität, na Alemanha.

Galáxia Messier 87: detalhe do buraco negro supermassivo e sua sombra.

EHT: uma teia de dados espalhada pelo mundo

A criação do EHT foi um desafio formidável que exigiu a atualização e conexão de uma rede mundial de oito telescópios pré-existentes implantados em uma variedade de locais desafiadores de alta altitude. Esses locais incluíam vulcões no Havaí e no México, montanhas no Arizona e na Sierra Nevada espanhola, o deserto chileno de Atacama e a Antártida.

As observações do EHT usam uma técnica chamada Interferometria de Linha de Base Muito Longa (VLBI) que sincroniza as instalações do telescópio 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 consiga uma resolução angular de 20 micro-arcsegundos - o suficiente para ler um jornal em Nova York a partir de um café em Paris.

Os telescópios que contribuíram para este registro foram o ALMA, APEX, o Telescópio IRAM de 30 metros, o Observatório IRAM NOEMA, o Telescópio James Clerk Maxwell (JCMT), o Grande Telescópio Milimétrico (LMT), o Submillimeter Array (SMA), o Telescópio Submilimétrico (SMT), o Polo Sul Telescópio (SPT), o Kitt Peak Telescope e o Telescópio da Groenlândia (GLT). Petabytes de dados brutos desses telescópios foram combinados pelos supercomputadores, altamente especializados, hospedados pelo Instituto Max Planck de Radioastronomia e o MIT Haystack Observatory.

As instalações e o financiamento dos europeus desempenharam um papel crucial neste esforço mundial, com a participação de telescópios europeus avançados e o apoio do Conselho Europeu de Investigação - subsidiando 14 milhões de euros para o projeto BlackHoleCam. O apoio do ESO, IRAM e da Sociedade Max Planck também foi fundamental à esta realização. "Este resultado baseia-se em décadas de experiência europeia em astronomia milimétrica", comentou Karl Schuster, diretor do IRAM e membro do Conselho do EHT.

A construção do EHT e as observações anunciadas representam o culminar de décadas de trabalho observacional, técnico e teórico. Este exemplo de trabalho em equipe global exigiu estreita colaboração de pesquisadores de todo o mundo. Treze instituições parceiras trabalharam juntas para criar o EHT, usando tanto a infraestrutura pré-existente como o apoio de várias agências. O principal financiamento foi fornecido pela Fundação Nacional de Ciências dos EUA (NSF), o Conselho Europeu de Pesquisa (ERC) da UE e agências de financiamento no Leste Asiático.

“O ESO está muito satisfeito por ter contribuído significativamente para este resultado através da sua liderança europeia e papel fundamental em dois dos telescópios componentes do EHT, localizados no Chile - ALMA e APEX”, disse o diretor-geral do ESO, Xavier Barcons. “O ALMA é a instalação mais sensível do EHT e suas 66 antenas de alta precisão foram essenciais para tornar o EHT um sucesso".

"Conseguimos algo que se presumia impossível há apenas uma geração. Avanços na tecnologia, conexões entre os melhores observatórios de rádio do mundo e algoritmos inovadores se uniram para abrir uma janela inteiramente nova sobre buracos negros e o horizonte de eventos", concluiu Doeleman.

Sobre o ESO

O ESO é a principal organização intergovernamental de astronomia na Europa e, de longe, o observatório astronômico terrestre mais produtivo do mundo. Possui 16 Estados-Membros: Áustria, Bélgica, República Checa, Dinamarca, França, Finlândia, Alemanha, Irlanda, Itália, Países Baixos, Polônia, Portugal, Espanha, Suécia, Suíça e Reino Unido, juntamente com o Estado anfitrião do Chile e a Austrália, como Parceiro Estratégico.

O ESO realiza um ambicioso programa focado no projeto, construção e operação de poderosas instalações de observação terrestres, permitindo que os astrônomos façam importantes descobertas científicas. O ESO também desempenha um papel de liderança na promoção e organização da cooperação em pesquisa astronômica. O ESO opera três locais exclusivos de observação de classe mundial no Chile: La Silla, Paranal e Chajnantor.

Observações importantes

A sombra de um buraco negro é o mais próximo que podemos chegar de uma imagem do próprio buraco negro, um objeto completamente escuro do qual a luz não pode escapar. O limite do buraco negro - o horizonte de eventos do qual o EHT leva seu nome - é cerca de 2,5 vezes menor que a sombra que ele projeta e mede pouco menos de 40 bilhões de quilômetros de diâmetro.

Buracos negros supermassivos são objetos astronômicos relativamente pequenos - o que os impossibilitou de observar diretamente até agora. Como o tamanho do horizonte de eventos de um buraco negro é proporcional à sua massa, quanto maior o buraco negro, maior a sombra. Graças à sua enorme massa e proximidade relativa, o buraco negro do M87 foi previsto como um dos maiores visíveis da Terra - tornando-se um alvo perfeito para o EHT.

Embora os telescópios não estejam fisicamente conectados, eles são capazes de sincronizar seus dados gravados com relógios atômicos - masers de hidrogênio - que medem com precisão suas observações. Estas observações foram coletadas em um comprimento de onda de 1,3 mm durante uma campanha global de 2017. Cada telescópio do EHT produziu enormes quantidades de dados - aproximadamente 350 terabytes por dia - que foram armazenados em discos rígidos cheios de hélio de alto desempenho. Esses dados foram levados para supercomputadores altamente especializados - conhecidos como correlacionadores - no Instituto Max Planck de Radioastronomia e no MIT Haystack Observatory. Eles foram meticulosamente convertidos em uma imagem usando novas ferramentas computacionais desenvolvidas pela colaboração.

Faz 100 anos, duas expedições foram estabelecidas para a Ilha do Príncipe, na costa da África, e Sobral, no Brasil, para observar o eclipse solar de 1919, com o objetivo de testar a Relatividade Geral proposta por Albert Einstein, verificando se a luz das estrelas seria dobrada ao redor do sol, como previsto por Einstein. Em um eco dessas observações, o EHT enviou membros da equipe para algumas das instalações de rádio mais altas e mais isoladas do mundo para testar mais uma vez nossa compreensão da gravidade.

* Com informações do ESO, e tradução/edição de Pepe Chaves para Via Fanzine.

- Imagens: ESO/divulgação.

- Extra: Assista ao vídeo do ESO sobre esta observação.