Primeira imagem direta de um buraco negro a expelir um poderoso jato

Os astrónomos observaram, pela primeira vez numa mesma imagem, a sombra do buraco negro situado no centro da galáxia Messier 87 (M87) e o poderoso jato que este objeto lança para o espaço. As observações foram efetuadas em 2018, com telescópios pertencentes às redes GMVA (Global Millimetre VLBI Array), ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, do qual o ESO é um parceiro, e GLT (Greenland Telescope). Esta nova imagem ajuda os astrónomos a compreender melhor o processo que faz com que os buracos negros libertem jatos tão energéticos.

A maioria das galáxias alberga um buraco negro supermassivo no seu centro. Embora sejam conhecidos por engolir matéria da sua vizinhança imediata, os buracos negros podem também lançar poderosos jatos de matéria que se estendem para além das galáxias que os acolhem. Compreender como é que os buracos negros criam jatos tão grandes tem sido um problema de longa data na astronomia. “Sabemos que os jatos são lançados a partir da região que rodeia os buracos negros,” diz Ru-Sen do Observatório Astronómico de Xangai, na China, “no entanto, ainda não compreendemos totalmente como é que isto acontece. Para estudar diretamente este fenómeno, temos que observar a origem do jato tão perto do buraco negro quanto possível.”

A nova imagem publicada  mostra pela primeira vez isto mesmo: como a base de um jato se liga com a matéria que gira em torno de um buraco negro supermassivo. O alvo é a galáxia M87, localizada a 55 milhões de anos-luz, na nossa vizinhança cósmica, e que acolhe um buraco negro 6,5 mil milhões de vezes mais massivo do que o Sol. Observações anteriores tinham conseguido obter imagens separadas da região próxima do buraco negro e do jato, no entanto, esta é a primeira vez que ambas as estruturas foram observadas em conjunto. “Esta nova imagem completa a ‘fotografia’, ao mostrar simultaneamente a região em torno do buraco negro e o jato”, acrescenta Jae-Young Kim do Instituto Max Planck de Radioastronomia, na Alemanha.

A imagem foi obtida com o GMVA, o ALMA e o GLT, que formam uma rede de radiotelescópios global, operando em conjunto como se de um telescópio virtual gigante do tamanho da Terra se tratassem. Com uma rede de telescópios assim tão grande podemos observar detalhes muito pequenos na região em torno do buraco negro de M87.

A nova imagem mostra o jato a emergir próximo do buraco negro, bem como a sombra do próprio buraco negro. À medida que orbita o buraco negro, a matéria aquece e emite luz. O buraco negro curva e captura alguma desta luz, criando uma estrutura semelhante a um anel em torno do buraco negro, quando visto a partir da Terra. A escuridão no centro do anel é a sombra do buraco negro, da qual foram obtidas pela primeira vez imagens com o telescópio EHT (Event Horizon Telescope), em 2017. Tanto esta nova imagem como a obtida anteriormente com o EHT, combinam dados colectados por vários radiotelescópios de todo o mundo, mas a imagem divulgada hoje mostra a radiação de rádio emitida a um comprimento de onda maior do que a do EHT: 3,5 mm em vez de 1,3 mm. “A este comprimento de onda, podemos ver como o jato emerge do anel de emissão em torno do buraco negro supermassivo central”, diz Thomas Krichbaum, do Instituto Max Planck de Radioastronomia.

O tamanho do anel observado pela rede GMVA é cerca de 50% maior do que o da imagem obtida com o EHT. “Para compreender a origem física do anel maior e mais grosso, tivemos de utilizar simulações de computador para testar diferentes cenários”, explica Keiichi Asada, da Academia Sinica de Taiwan. Os resultados sugerem que a nova imagem revela mais do material que está a cair em direcção ao buraco negro do que o que podíamos ver com o EHT.

Estas novas observações do buraco negro de M87 foram levadas a cabo em 2018 com o GMVA, que consiste em 14 radiotelescópios instalados na Europa e América do Norte. Adicionalmente, foram conectadas ao GMVA duas outras infraestruturas: o telescópio da Gronelândia e o ALMA, do qual o ESO é um parceiro. O ALMA, constituído por 66 antenas instaladas no deserto chileno do Atacama, desempenhou um papel fundamental nestas observações. Os dados recolhidos por todos estes telescópios foram combinados, utilizando uma técnica chamada interferometria, que sincroniza os sinais captados por cada infraestrutura individual. No entanto, para obter de modo adequado a forma real de um objecto astronómico, é importante que os telescópios se encontrem espalhados por todo o planeta. Os telescópios GMVA estão na sua maioria alinhados Este-Oeste, pelo que a adição do ALMA no hemisfério Sul provou ser essencial para capturar esta imagem do jato e da sombra do buraco negro de M87. “Graças à localização e sensibilidade do ALMA, pudemos revelar a sombra do buraco negro e, ao mesmo tempo, observar mais profundamente a emissão do jato”, explica Lu.

Estão previstas observações futuras com esta rede de telescópios, para se continuar a investigar como é que os buracos negros supermassivos podem lançar jatos tão poderosos. “Planeamos observar a região em redor do buraco negro situado no centro de M87 em diferentes comprimentos de onda de rádio para estudar melhor a emissão do jato”, diz Eduardo Ros do Instituto Max Planck de Radioastronomia. Este tipo de observações simultâneas permitirão à equipa estudar os complicados processos que ocorrem perto do buraco negro supermassivo. “Os próximos anos serão bastante interessantes, uma vez que poderemos aprender mais sobre o que acontece perto de uma das regiões mais misteriosas do Universo”, conclui Ros.

Texto: Observatório Europeu do Sul

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Um Comentário

  1. Os Buracos Negros (BN) são, como se sabe, formados, a partir de estrelas super-massivas, com cerca de trinta vezes e mais a massa do nosso Sol.
    Quando elas morrem, isto é, quando se lhes acaba o combustível, o hidrogénio – cuja energia resultante da combustão vai equilibrando a acção centrípeta da Gravidade –, e o seu equilíbrio é quebrado, prevalecendo apenas a Gravidade, dá-se uma mega explosão e ocorre a formação de uma Hipernova.
    Nessa explosão, as partes externas caem sobre o núcleo de uma forma violentíssima.
    A atracção em direcção ao núcleo é tão forte que nada consegue escapar, nem mesmo a luz.
    Como a luz não escapa, esse corpo é escuro e indetectável e recebe o nome de BN.
    Na explosão, são também libertados nos pólos dois jactos de raio gama, a radiação mais letal do Universo.

    Embora muito haja ainda por descobrir sobre os BN’s, hoje, sabe-se que eles constituem o centro de cada galáxia.
    A nossa própria Via Láctea tem igualmente um BN no seu centro, designado por “Sagittarius A”, cuja massa é equivalente a cerca de quatro milhões de vezes a do Sol.

    Para Einstein, segundo a sua “Teoria da Relatividade Geral”, os BN’s são “deformações no tecido Espaço-Tempo, causadas pela quantidade massiva de matéria concentrada”.

    A estrutura dos BN’s é composta por 2 partes principais:
    – “Horizonte de Eventos” (ou “Ponto de não Retorno”), a fronteira do campo gravitacional do BN a partir da qual nada se observa.
    Para um observador distante, um relógio próximo do Horizonte de Eventos mover-se-ia mais lentamente do que outro mais afastado.
    Assim, qualquer objecto, sendo sugado pelo BN, pareceria desacelerar até parecer paralisado no Tempo, ou seja, o Tempo pára.
    – “Singularidade” é o ponto central de um BN, onde a massa da estrela se tornou infinitamente concentrada num único ponto.

    Uma “Singularidade” gravitacional é um ponto do Espaço-Tempo, no qual a massa, a densidade e a curvatura do Espaço-Tempo de um corpo são infinitas.
    Imagine-se um grão de areia, no meio de uma sala, sugando todos os móveis para dentro dele.
    O grão de areia seria a “Singularidade”.
    Só que o ponto de que falamos é infinitamente menor do que o grão de areia.

    Há astrofísicos que defendem a teoria de que os BN’s são os grandes modeladores das galáxias, logo, do próprio Universo.
    Como ocupam o centro de cada galáxia, eles funcionarão como agregadores das estrelas, à sua volta, na formação das galáxias, as quais são, por sua vez, dos principais “tijolos” da construção do Cosmos.

    Ocorre, frequentemente, que os BN’s se fundem uns com os outros, após um rodopio mútuo infernal, em que cada um procura sugar o outro e se ligam, numa primeira fase, pelos braços que ambos lançam, acabando por unir as suas massas numa única mega massa.

    Curiosamente, o que se passa com a formação dos BN’s, monstros, cujo “apetite” por massa é insaciável, é muito semelhante com o que ocorreu no Big Bang – só que pela inversa.

    – No Big Bang, antes do que costumamos designar por “explosão” e do início do Espaço-Tempo, existia igualmente a chamada “Singularidade”, um ponto infinitamente pesado e denso, onde todo o actual Universo estava condensado.
    – Nos BN’s, contrariamente, essa “Singularidade” está como que em agregação e em fase de formação.

    Ninguém verdadeiramente conhece qual será a evolução que o Universo seguirá, daqui a milhares de milhões de anos.
    Tendo como base a contínua expansão do Cosmos, grande parte dos astrofísicos aponta que o seu fim será a morte gelada, isto é, o chamado “Big Freeze”.
    Outros teorizam o “Big Crunch” ou “Universo Oscilatório e Pendular” ou, dito de outro modo, em que a um Big Bang se seguiria outro e outro, numa sequência eterna.

    Nesta indefinição, é lícito apontarmos novas teses.
    Imaginemos que, num futuro remoto, um após outro, todos os BN’s do Universo, depois de não haver mais galáxias nem estrelas para sugar, se fundirão num BN único.
    Esse BN único seria exactamente a replicação da “Singularidade” existente antes da “explosão” do Big Bang, a qual marcou o início do Espaço-Tempo.

    Em concordância com o que afirmo, repare-se que toda a matéria sugada pelos BN’s se concentra num ponto infinitamente pequeno e denso, sendo que, como atrás escrevi com o exemplo do relógio, após a matéria sugada, o Tempo e o Espaço param para ela.
    Um situação rigorosamente igual ocorreu com o que se passou na “Singularidade”, antes do Big Bang, em que não existia ainda Espaço-Tempo, cujo início apenas teve lugar após a “explosão”.

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