Essa imagem no topo da tela – parecendo uma rosquinha laranja embaçada – é a poeira ao redor e a sombra do próprio Sgr A*, vista pela humanidade pela primeira vez, graças ao trabalho árduo da colaboração do Event Horizon Telescope.
A primeira imagem de Sgr A*. (Colaboração EHT)
“Essas observações sem precedentes melhoraram muito nossa compreensão do que acontece no centro de nossa galáxia e oferecem novos insights sobre como esses buracos negros gigantes interagem com seus arredores”.
A conquista vem três anos depois que a colaboração divulgou a primeira imagem da sombra de um buraco negro já obtida – um buraco negro supermassivo chamado M87*, com 6,5 bilhões de vezes a massa do Sol, no centro de uma galáxia de 55 milhões de luz. anos de distância.
Sgr A* está consideravelmente mais próximo de nós, a uma distância de cerca de 25.800 anos-luz. Mas os dois buracos negros apresentaram desafios muito diferentes.
Comparação de tamanho de M87* e Sgr A*. (Colaboração EHT, agradecimento: Lia Medeiros, xkcd)
Tentar imaginar um buraco negro é tentar imaginar o invisível. Os buracos negros não emitem nenhuma radiação que possamos detectar. Eles são tão densos que, a partir de um certo ponto conhecido como horizonte de eventos, nem mesmo a luz, a coisa mais rápida do Universo, é capaz de atingir a velocidade de escape de sua atração gravitacional.
M87* é o que chamamos de núcleo galáctico ativo. Isso significa que está se alimentando – cercado por um enorme disco de poeira e gás que está sendo puxado para dentro do buraco negro. A fricção e a gravidade insanas envolvidas aquecem esse material para que ele brilhe intensamente. É o que vemos na foto de M87*, com a sombra do buraco negro no centro do material brilhante.
Sagittarius A* pode estar mais próximo… mas não é nem de longe tão ativo. De fato, se Sgr A* fosse uma pessoa, consumiria apenas o equivalente a um grão de arroz a cada milhão de anos.
Além disso, o centro galáctico da Via Láctea é espesso com poeira que obscurece muito do que está contido nele.
Os cientistas já haviam detectado uma nuvem de gás orbitando Sgr A*, um disco de acreção do próprio buraco negro, mas é relativamente frio e brilha muito mais fracamente. Além disso, como o buraco negro é menor, o período orbital do disco é menor, o que significa que a luz muda em escalas de tempo muito rápidas.
“O gás nas proximidades dos buracos negros se move na mesma velocidade – quase tão rápido quanto a luz – em torno de Sgr A* e M87*”, disse o astrônomo Chi-kwan (‘CK’) Chan , da Universidade do Arizona.
“Mas onde o gás leva dias a semanas para orbitar o maior M87*, no muito menor Sgr A* ele completa uma órbita em meros minutos. Isso significa que o brilho e o padrão do gás ao redor do Sgr A* estavam mudando rapidamente à medida que a EHT Collaboration estava observando – um pouco como tentar tirar uma foto clara de um filhote de cachorro que corre atrás do seu rabo.”
Dentro do buraco negro, algo brilha intensamente em comprimentos de onda de rádio – seria o Sgr A*, mas nunca conseguimos obter uma visão detalhada dele.
Para superar esses desafios, o Event Horizon Telescope (Telescópio Horiazonte de Eventos) combinou oito telescópios de todo o mundo, que trabalharam juntos no que é essencialmente um telescópio do tamanho da Terra, com resolução espetacular.
Um grande número de imagens foi feito durante uma campanha de observação em 2017, produzindo seis terabytes de dados. Esses dados tiveram que ser processados e analisados – um processo que levou anos e o desenvolvimento de novos algoritmos para compensar a rápida mutabilidade.
Acima: A Colaboração EHT criou a primeira imagem (quadro superior) de Sgr A* ao fazer a média de milhares de imagens criadas usando diferentes métodos computacionais — todos os quais se ajustam com precisão aos dados EHT. Essa imagem média retém os recursos mais comumente vistos nas imagens variadas e suprime os recursos que aparecem com pouca frequência.
As imagens foram agrupadas em quatro classificadas com base em características semelhantes, que você pode ver na parte inferior da imagem acima. Os gráficos de barras mostram o número relativo de imagens pertencentes a cada aglomerado.
Os cientistas vão mastigar os resultados incríveis por algum tempo.
Buracos negros supermassivos são um mistério cósmico. Não sabemos como eles conseguem ficar tão grandes – Sgr A* é realmente muito complicado para um desses gigantes – ou como eles se formaram em primeiro lugar, no início dos tempos. Eles são, no entanto, os principais impulsionadores da evolução do cosmos. Galáxias inteiras giram em torno deles; eles controlam a formação de estrelas, mesmo fora de suas próprias galáxias.
Os buracos negros supermassivos que costumamos estudar são ativos, como o M87*. Isso ocorre porque o material no espaço ao redor deles emite luz, e os campos magnéticos dos buracos negros podem acelerar jatos no espaço intergaláctico, os quais podem nos dizer sobre o próprio buraco negro.
Ilustração mostrando a anatomia de um buraco negro supermassivo. (ESO)
A quietude de Sgr A* pode tê-lo tornado mais desafiador para produzir a imagem, mas essa característica o torna extraordinário como objeto de estudo. Como não está brilhando com luz como um buraco negro mais ativo, podemos ver o ambiente ao seu redor com um pouco mais de clareza, o que, por sua vez, pode nos dar uma janela melhor para a física do horizonte de eventos.
Isso pode nos ajudar a entender todos os tipos de mistérios dos buracos negros, como como a acreção funciona, como os jatos são lançados, mesmo se a relatividade geral descreveu com precisão o espaço-tempo extremo nas proximidades de um buraco negro.
Fascinantemente, os dois buracos negros parecem muito semelhantes. Isso, disseram os pesquisadores, significa que podemos fazer certas inferências sobre os buracos negros.
“Temos dois tipos de galáxias completamente diferentes e duas massas de buracos negros muito diferentes, mas perto da borda desses buracos negros eles parecem incrivelmente semelhantes”, disse a astrônoma Sera Markoff, do Conselho de Ciências EHT da Universidade de Amsterdã, na Holanda.
“Isso nos diz que a Relatividade Geral governa esses objetos de perto, e quaisquer diferenças que vemos mais longe devem ser devido a diferenças no material que circunda os buracos negros”.
A nova imagem abre uma nova porta para estudar esses objetos extremos. Uma imagem de um buraco negro é incrível. Dois significa que não apenas o primeiro resultado foi real, mas agora temos um ponto de comparação para entender como esses objetos incríveis e extremos operam.
“Agora podemos estudar as diferenças entre esses dois buracos negros supermassivos para obter novas pistas valiosas sobre como esse importante processo funciona”, disse o astrofísico Keiichi Asada, da Academia Sinica.
“Temos imagens de dois buracos negros – um na extremidade maior e outro na extremidade menor dos buracos negros supermassivos do Universo – para que possamos ir muito mais longe em testar como a gravidade se comporta nesses ambientes extremos do que nunca.”
Os novos resultados foram publicados em uma edição especial do The Astrophysical Journal Letters.