3503: Equipa descobre método de aprimorar imagens de buracos negros

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

A imagem de um buraco negro tem um anel brilhante de emissão em redor de uma “sombra” provocada pelo objecto monstruoso. Este anel é composto de uma série de sub-anéis cada vez mais nítidos que correspondem ao número de órbitas que os fotões deram antes de chegar ao observador.
Crédito: George Wong (UIUC) e Michael Johnson (CfA)

No passado mês de Abril, o EHT (Event Horizon Telescope) despertou entusiasmo internacional ao revelar a primeira imagem de um buraco negro. E agora uma equipa de investigadores publicou novos cálculos que preveem uma subestrutura impressionante e intrincada nas imagens de buracos negros devido à extrema curvatura gravitacional da luz.

“A imagem de um buraco negro na verdade contém uma série aninhada de anéis,” explica Michael Johnson do Centro para Astrofísica de Harvard e Smithsonian. “Cada anel sucessivo tem aproximadamente o mesmo diâmetro, mas torna-se cada vez mais nítido porque a sua luz orbitou o buraco negro mais vezes antes de chegar ao observador. Com a imagem actual do EHT, captámos apenas um vislumbre de toda a complexidade que deve surgir na imagem de qualquer buraco negro.”

Dado que os buracos negros capturam todos os fotões que cruzam o seu horizonte de eventos, lançam uma sombra na sua brilhante emissão circundante do gás quente presente. Um “anel de fotões” envolve esta sombra, produzida a partir da luz que é concentrada pela forte gravidade próxima do buraco negro. Este anel de fotões transporta a impressão digital do buraco negro – o seu tamanho e forma codificam a massa e a rotação do buraco negro. Com as imagens EHT, os investigadores de buracos negros têm uma nova ferramenta para estudar estes objectos extraordinários.

“Este é um momento extremamente emocionante para se pensar na física dos buracos negros,” diz Daniel Kapec, membro da Escola de Ciências Naturais do Instituto de Estudos Avançados. “A teoria da relatividade geral de Einstein faz uma série de previsões impressionantes para os tipos de observações que finalmente estão a chegar ao nosso alcance, e penso que podemos esperar muitos avanços nos próximos anos. Como teórico, acho a rápida convergência entre teoria e experiências especialmente gratificante e espero que possamos continuar a isolar e a observar previsões mais universais da relatividade geral à medida que estas experiências se tornam mais sensíveis.”

A equipa de investigação inclui astrónomos observacionais, físicos teóricos e astrofísicos.

“Reunir especialistas de diferentes áreas permitiu-nos realmente ligar um entendimento teórico do anel de fotões com o que é possível com a observação,” observa George Wong, estudante de física da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign. Wong desenvolveu um software para produzir imagens simuladas de buracos negros em resoluções mais altas do que as calculadas anteriormente e para decompor estas imagens na série prevista de sub-imagens. “O que começou como cálculos clássicos de lápis e papel levou-nos a empurrar as nossas simulações a novos limites.”

Os cientistas também descobriram que a subestrutura da imagem do buraco negro cria novas possibilidades para observar buracos negros. “O que realmente nos surpreendeu foi que, enquanto as subestruturas aninhadas são quase imperceptíveis a olho nu nas imagens – mesmo em imagens perfeitas – são sinais fortes e claros em redes de telescópios chamadas interferómetros,” realça Johnson. “Embora a captura de imagens de buracos negros normalmente exija muitos telescópios distribuídos, os sub-anéis são perfeitos para estudar usando apenas dois telescópios separados por grandes distâncias. Adicionar um telescópio espacial ao EHT seria suficiente.”

“A física dos buracos negros sempre foi um assunto sublime, com profundas implicações teóricas,” diz Alex Lupsasca da Sociedade de Harvard. “Como teórico, tenho o prazer de finalmente recolher dados reais sobre estes objectos nos quais temos vindo a pensar abstractamente há tanto tempo.”

Astronomia On-line
20 de Março de 2020

 

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