Talvez parte do fascínio é que esses objetos enigmáticos nunca realmente foram “vistos”. Mas isso poderia agora estar prestes a mudar como uma equipe internacional de astrônomos que está conectando uma série de telescópios na Terra, na esperança de fazer a primeira imagem de um buraco negro.
Os buracos negros são regiões do espaço no interior do qual a força da gravidade é tão forte que nada – nem mesmo a luz – consegue escapar.
Sua existência foi prevista matematicamente por Karl Schwarzschild em 1915, como uma solução para equações da teoria da relatividade geral de Albert Einstein.
Os astrônomos já tinham provas circunstanciais por muitas décadas que os buracos negros supermassivos – com um milhão a um bilhão de vezes a massa do nosso Sol – estão no coração de galáxias massivas.
Isso porque eles podem ver a força gravitacional que eles têm sobre estrelas que orbitam em torno do centro da galáxia. Quando superalimentados com material a partir do ambiente circundante galáctico, eles também ejetam plumas detectáveis ou jatos de plasma em velocidades próximas à da luz.
No ano passado, o experimento LIGO forneceu provas através da detecção famosa ondulações no espaço-tempo causadas por dois buracos negros massa média que se fundiram milhões de anos atrás.
Mas, enquanto nós sabemos agora que os buracos negros existem, questões relacionadas com a sua origem, evolução e influência no universo permanecem na vanguarda da astronomia moderna.
Capturando uma pequena mancha no céu
De 5 a 14 de abril de 2017, a equipe por trás do Telescópio Event Horizon espera testar as teorias fundamentais da física dos buracos negros tentando tirar a primeira imagem do horizonte de eventos do buraco negro (o ponto em que a teoria prevê que nada pode escapar).
Ao ligar uma matriz global de telescópios de rádio em conjunto para formar o equivalente a um gigante telescópio do tamanho da Terra – usando técnicas conhecidas como Interferometria de Longa Linha de Base e síntese de abertura terrestre – os cientistas vão penetrar no centro da nossa galáxia Via Láctea, onde um buraco negro com 4 milhões de vezes a massa do nosso Sol – Sagitário A* – espreita.
Os astrônomos sabem que há um disco de poeira e gás que orbita em torno do buraco negro. O caminho que a luz – a partir deste material – leva será distorcido no campo gravitacional do buraco negro.
Espera-se também que o seu brilho e cor também sejam alterados de modo previsível. Os astrônomos esperam ver com o Telescópio Event Horizon uma forma crescente brilhante, em vez de um disco.
E eles podem até mesmo ver a sombra do horizonte de eventos do buraco negro contra o pano de fundo deste material brilhantemente brilhando.
A matriz conecta nove estações em todo o globo – alguns telescópios individuais, outras coleções de telescópios – na Antártida, Chile, Havaí, Espanha, México e Arizona.
O “telescópio virtual” tem estado em desenvolvimento há muitos anos e a tecnologia foi testada. No entanto, estes testes inicialmente revelaram uma sensibilidade limitada e uma resolução angular que foi insuficiente para sondar as escalas necessárias para atingir o buraco negro.
Mas a adição de novas matrizes sensíveis de telescópios – incluindo o Atacama Large Millimetre Array (ALMA) no Chile e o Telescópio do Pólo Sul – vão dar à rede um impulso muito necessário.
É um pouco como colocar óculos e de repente ser capaz de ver ambos os faróis de um carro que se aproxima, em vez de uma única mancha de luz.
O buraco negro é uma fonte compacta no céu – a sua visão em comprimentos de onda ópticos (a luz que podemos ver) está completamente obstruída por grandes quantidades de poeira e gás.
No entanto, telescópios com resolução que captam comprimentos de onda milimétricos de rádio, podem observar através dessa névoa cósmica.
A resolução de qualquer tipo de telescópio – o último detalhe que pode ser discernido e medido – é geralmente citado como um pequeno ângulo correspondente à relação do tamanho de um objeto à sua distância.
O tamanho angular da Lua, vista da Terra é de cerca de meio grau, ou 1800 segundos de arco. Para qualquer telescópio, quanto maior for a sua abertura, menos detalhes poderão ser vistos.
A resolução de um único telescópio de rádio (geralmente com uma abertura de 100 metros) é cerca de cerca de 60 segundos de arco. Isto é comparável à resolução do olho humano nu e cerca de 1/60 do diâmetro aparente da Lua cheia.
Mas, ligando muitos telescópios, o Telescópio Event Horizon será alcançará uma resolução de 15 a 20 microssegundos (0,000015 segundos de arco), correspondendo a ser capaz de espionar uma uva na distância da Lua.
O que está em jogo?
Embora a prática de conectar muitos telescópios desta forma é bem conhecida, há certos desafios particulares pela frente com o Telescópio Event Horizon.
Os dados gravados em cada estação na rede serão enviados para uma unidade de processamento central, onde um supercomputador vai combinar cuidadosamente todos os dados.
Climas diferentes, condições atmosféricas e do telescópio em cada local exigirá calibração minuciosa dos dados para que os cientistas possam ter certeza de todas as características que o encontrarem nas imagens finais não sejam artefatos.
Se funcionar, a imagiologia do material dentro da região buraco negro com resoluções angulares comparáveis ao do seu horizonte de eventos irão abrir uma nova era de estudos de buracos negros e resolver uma série de grandes questões: horizontes de eventos existem?
Pode a teoria de Einstein funcionar nesta região de gravidade forte extrema ou precisamos de uma nova teoria para descrever a gravidade tão próxima de um buraco negro? Além disso, como os buracos negros são alimentados e como o seu material é ejetado?
Ele pode até ser possível captar imagem dos buracos negros no centro de galáxias próximas, como a galáxia elíptica gigante que está no cerne do nosso aglomerado local de galáxias.
Em última análise, a combinação da teoria matemática e percepção da física profunda, colaborações científicas internacionais globais e marcantes, avanços tenazes de longo prazo na física experimental e engenharia trabalharão em conjunto para revelar a natureza do espaço-tempo uma característica definidora da ciência início do século 21.
Carole Mundell, Chefe de Física da Universidade de Bath.
[Science Alert]