6 Coisas para Aprender com as Primeiras Imagens dos Buracos Negros

6 Coisas para Aprender com as Primeiras Imagens dos Buracos Negros

Na ciência, não há momento mais excitante do que quando você confronta uma previsão teórica de longa data com os primeiros resultados observáveis ou experimentais. No início desta década, o Large Hadron Collider revelou a existência do bóson de Higgs, a última partícula fundamental não descoberta no Modelo Padrão. Há alguns anos, a colaboração  lLIGO – Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, detectou diretamente ondas gravitacionais, confirmando uma previsão de longa data da Teoria da Relatividade de Einstein.


Amanhã 10 de abril de 2019, o Telescópio do  Horizonte de Eventos  fará um anúncio muito aguardado, no  qual espera-se que eles divulguem a primeira “fotografia” de um buraco negro. No início da década de 2010, tal observação teria sido tecnologicamente impossível. No entanto, não só estamos prestes a ver como um buraco negro realmente se parece, mas também estamos prestes a testar algumas propriedades fundamentais do espaço, do tempo e da gravidade.




Se você quiser imaginar qualquer objeto no Universo, você precisa enfrentar os dois desafios a seguir:


  1. Você deve reunir luz suficiente para ver seu alvo e revelar seus detalhes em relação ao ruído de fundo tanto dos instrumentos quanto dos outros objetos nas proximidades do seu objeto de interesse.

  2. Você precisa de resolução suficiente (ou poder de resolução) para revelar a estrutura do objeto que você está olhando, caso contrário, todos os seus dados serão confinados a um mero pixel.


Então, se você quiser imaginar os próximos acontecimentos de um buraco negro, você precisa coletar luz suficiente para que a radiação ao redor do buraco negro se destaque contra o resto do ambiente e também sondar escalas angulares que sejam mais estreitas que o diâmetro do que o horizonte de eventos em si.





A única maneira de fazer isso é com um enorme e ultra sensível conjunto de radiotelescópios que observam os maiores buracos negros, em termos de tamanho angular, visíveis da Terra. Quanto mais massivo for o seu buraco negro, maior será o diâmetro do seu horizonte de eventos, mas parecerá menor dependendo de sua distância. Isso significa que o maior buraco negro será Sagitário A *, o supermassivo no centro da Via Láctea, enquanto o segundo maior será o ultra-massivo no centro da galáxia M87, a cerca de 60 milhões de anos-luz de distância.

Enquanto os radiotelescópios de prato único podem ser capazes de detectar as emissões de qualquer um deles – ou seja, eles têm energia de captação de luz suficiente – eles não podem resolver o horizonte de eventos. Mas uma série de telescópios, todos observando o alvo juntos, podem nos levar até lá.





Uma visão dos diferentes telescópios, a partir de um dos hemisférios da Terra, contribuindo para as capacidades de imagem do Telescópio do Event Horizon. Os dados obtidos de 2011 a 2017 (particularmente em 2017) devem nos permitir agora construir uma imagem de Sagitário A *, e possivelmente também do buraco negro no centro de M87

Buracos negros devem ser cercados por matéria que está no processo lento de ser devorado. Este material será espalhado sobre o lado de fora do buraco negro, girando, aquecendo e emitindo radiação enquanto cai. Essa radiação deve vir na parte de rádio do espectro, e ser observável para um conjunto de telescópios suficientemente sensíveis.

O Event Horizon Telescope (EHT) é exatamente a matriz de rádio que precisamos – com os avanços mais impressionantes da inclusão do ALMA na América do Sul – para não apenas reunir as informações de rádio, mas para obter essa resolução excessiva. O EHT consiste em dezenas de pratos individuais com suficiente poder combinado de captação de luz para revelar a radiação que circunda o buraco negro, com as distâncias entre os pratos fornecendo a resolução necessária para a imagem dos próprios horizontes de evento em questão.


Um grande número de pratos juntos, como parte do ALMA, ajuda a criar muitas das imagens mais detalhadas em áreas, enquanto um número menor de pratos mais distantes ajuda a aprimorar os detalhes nos locais mais brilhantes. A adição do ALMA ao Event Horizon Telescope é o que possibilita a construção de uma imagem do horizonte de eventos possível.  ESO / C. MALIN


A ocultação da lua de Júpiter, com seus vulcões em erupção Loki e Pele.

Mais espetacularmente, as matrizes telescópicas foram usadas até agora para visualizar vulcões em erupção na superfície da lua de Júpiter, mesmo no momento em que cai na sombra de outra das luas de Júpiter.

O EHT usa exatamente este mesmo conceito para sondar a radiação proveniente dos buracos negros com os maiores diâmetros angulares vistos da Terra. Aqui estão as seis coisas que estamos preparados para aprender quando as primeiras imagens forem lançadas.



Aqui estão as seis coisas que estamos preparados para aprender quando as primeiras imagens forem lançadas.



1 – Os buracos negros têm os tamanhos corretos que a Teoria da Relatividade prevê?  

De acordo com a teoria de Einstein, baseada na massa gravitacional medida do buraco negro do centro da Via Láctea, o próprio horizonte de eventos deve ter 11 micro-arcos-segundos (μas) de diâmetro, mas não deve haver emissões provenientes de 37 μas , devido ao fato de que dentro desse diâmetro angular, a matéria deve rapidamente espiralar em direção à singularidade. Com uma resolução de 15 μas, o EHT deve ser capaz de ver um horizonte e medir se o tamanho corresponde às nossas previsões ou não. Será um teste fabuloso a teoria de Einstein.



2 – Os discos de acreção estão alinhados com o buraco negro, a galáxia hospedeira ou aleatoriamente?

Nós nunca observamos um disco de acreção (estrutura formada por materiais difusos em movimento orbital ao redor de um corpo central. e na verdade a única indicação real que temos sobre o assunto em torno dos buracos negros vem dos casos em que:


  • há um jato emitido que podemos detectar do buraco negro,;
  • há emissão estendida proveniente da região circundante.

  • Mas nenhuma dessas observações é um substituto para uma medição direta. Quando o EHT, enviar as primeiras imagens, deverá ser capaz de nos informar se o disco de acréscimo é de borda para a frente, ou para qualquer outra orientação.
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3 – O horizonte de eventos de um buraco negro é circular, como previsto, ou assume uma forma diferente ?

Embora se espere que todos os buracos negros fisicamente realísticos girem em algum grau, a forma do horizonte de eventos está prevista para ser indistinguível daquela de uma esfera perfeita.


Mas outras formas são possíveis. Alguns objetos se projetam ao longo de seus equadores quando eles giram, criando uma forma conhecida como um esférico oblato, como o planeta Terra. Outros se arrastam ao longo de seus eixos rotacionais, resultando em uma forma de futebol conhecida como um esferóide prolato. Se a Relatividade Geral estiver correta, uma esfera é o que antecipamos, mas não há substituto para fazermos as observações críticas nós mesmos. Quando as imagens forem lançadas em 10 de abril, devemos ter nossas respostas.



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Cinco simulações diferentes na teoria da relatividade, usando um modelo magneto-hidrodinâmico do disco de acreção do buraco negro e como o sinal de rádio ficará como resultado. Observe a assinatura clara do horizonte de eventos em todos os resultados esperados, mas também como eles podem aparecer de forma diferente em detalhes, dependendo da turbulência, da intensidade do campo magnético, etc. SIMULAÇÕES DE GRMHD DA VARIABILIDADE DA AMPLITUDE DE VISIBILIDADE PARA IMAGENS DO TELESCÓPIO DO HORIZONTE DE EVENTOS DE SGR A *, L. MEDEIROS ET AL., ARXIV: 1601.06799


4 – Por que os buracos negros se abrem?

Quando um buraco negro está em um estado de não queima, há assinaturas específicas que prevemos que aparecerão ao redor do horizonte de eventos. Mas então, quando um buraco negro explode, há diferentes características que a radiação ao seu redor exibirá.

Mas como serão essas emissões? Haverá recursos turbulentos que aparecem no disco em todos os momentos? Haverá “pontos quentes”, como previsto, que são mais visíveis no estado de queima? Se tivermos sorte e virmos qualquer uma dessas assinaturas, poderemos estar bem no caminho para aprender por que os buracos negros se incendeiam, apenas observando as emissões estendidas de rádio que os cercam. Devemos também aprender, com base nessas observações, informações adicionais sobre a força dos campos magnéticos que cercam esses buracos negros.



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O segundo maior buraco negro visto da Terra, o que está no centro da galáxia M87, é mostrado em três vistas aqui. Apesar de sua massa de 6,6 bilhões de Sóis, está mais de 2000 vezes mais longe que Sagitário A *. Pode ou não ser resolvido pelo EHT, mas se o Universo for gentil, não apenas obteremos uma imagem, mas saberemos se as emissões de raios-X nos fornecem estimativas precisas de massa para buracos negros ou não. TELESCÓPIO ESPACIAL HUBBLE / NASA / WIKISKY; INFERIOR ESQUERDO, RÁDIO, NRAO / VERY LARGE ARRAY (VLA);INFERIOR DIREITO, RAIO X, TELESCÓPIO DE RAIOS-X DA NASA / CHANDRA

5 – As estimativas de raios-X da massa de um buraco negro são direcionadas para valores menores? 

Existem, atualmente, duas maneiras de inferir a massa de um buraco negro: a partir da medição de seus efeitos gravitacionais sobre as estrelas (e outros objetos) que a orbitam, e das emissões (de raios X) do gás que a orbita. Podemos facilmente fazer as medições baseadas em gás para a maioria dos buracos negros, incluindo o que está no centro da Via Láctea, o que nos dá uma massa de aproximadamente 2,5-2,7 milhões de massas solares.


Mas a medição gravitacional é muito mais direta, apesar de ser um desafio maior de observação. Ainda assim, fizemos isso em nossa própria galáxia e inferimos uma massa de aproximadamente 4 milhões de massas solares: cerca de 50% maior do que a observação por raios X indica. Esperamos que este seja o tamanho do horizonte de eventos que medimos. Se as medições de M87 mostrarem um valor mais alto do que a emissão de raios-X indica, poderíamos aprender que as estimativas de raios-X são sistematicamente baixas, mostrando que há novas astrofísica (mas não novas físicas fundamentais) em jogo.



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Uma grande quantidade de estrelas foi detectada perto do buraco negro supermassivo no núcleo da Via Láctea. Além dessas estrelas e do gás e da poeira que encontramos, prevemos que haverá mais de 10.000 buracos negros em apenas alguns anos-luz de Sagitário A *, mas detectá-los mostrou-se ilusório até o início de 2018

6 – Podemos ver o buraco negro “se movendo” ao longo do tempo, como previsto? 

Este não pode sair imediatamente, especialmente se tudo o que obtivermos dessas observações iniciais for uma única imagem de um ou dois buracos negros. Mas um dos objetivos da ciência do EHT é observar como os buracos negros evoluem com o tempo, o que significa que eles planejam tirar várias imagens em diferentes momentos e reconstruir um filme desses buracos negros.


Por causa da presença de estrelas e outras massas, a posição aparente do buraco negro mudará significativamente ao longo do tempo, à medida que ele é empurrado gravitacionalmente. Embora provavelmente levará anos para observar um buraco negro se mover em uma quantidade apreciável, temos dados que foram tomados ao longo de um longo período de tempo. Nos centros de galáxias, buracos negros com imagens EHT podem começar a exibir sinais desse jitter: o equivalente cósmico do movimento browniano.



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 O buraco negro supermassivo no centro da nossa galáxia, Sagitário A *, brilha intensamente em raios X sempre que a matéria é devorada. Em outros comprimentos de onda da luz, do infravermelho ao rádio, podemos ver as estrelas individuais nesta porção mais interna da galáxia. RAIO X: NASA / UMASS / D.WANG E OUTROS, IR: NASA / STSCI

As observações críticas para criar a primeira imagem de um buraco negro, assumindo que o EHT publica um dos buracos negros no centro da Via Láctea, foram retiradas em 2017 : dois anos atrás. Demorou tanto para analisar, limpar, cortar, ajustar e sintetizar o conjunto completo de dados, o que equivale a cerca de 27 petabytes para a observação crítica. (Embora apenas cerca de 15% desses dados sejam relevantes e úteis para a construção de uma imagem.)


Às 9h, horário da costa leste dos EUA (6h, horário do Pacífico), em 10 de abril, a colaboração da EHT realizará uma coletiva de imprensa na qual deverá divulgar a primeira imagem de um horizonte de eventos, e é possível que muitos – ou possivelmente todos – estas perguntas serão respondidas. Quaisquer que sejam os resultados, este é um avanço monumental para a física e a astrofísica, e introduz uma nova era da ciência: testes diretos e imagens do próprio horizonte de eventos do buraco negro!


O astrofísico e autor Ethan Siegel é o fundador e principal escritor de Starts With A Bang! Seus livros,  Treknology  e  Beyond The Galaxy , estão disponíveis onde quer que os livros sejam vendidos.

Fonte: Forbes

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Solange Luz

Ela é a construção de todos que conheceu e de tudo que viveu, especialista em sonhar acordada e falar consigo mesma. No Voicers é a CCC (Content, Creator & Curator), carinhosamente conhecida como Queen of Words.
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