Um trabalho longo e meticuloso de cientistas de todo o mundo produziu a primeira imagem direta do horizonte de eventos de um buraco negro, um monstro supermassivo chamado M87.
Esta imagem confirmou muitas de nossas idéias sobre buracos negros.
Mas a ciência não parou quando a fotografia apareceu. Os cientistas realizaram cálculos com base no que aprenderam sobre M87 em combinação com a relatividade geral para prever ainda mais como um dia veremos esses objetos em detalhes.
Os buracos negros são incrivelmente gravitacionalmente intensos. Eles não são apenas tão grandes que até a velocidade da luz é muito lenta para evitar a atração gravitacional, eles também dobram o caminho da luz ao seu redor, além do horizonte de eventos.
Se um fóton que passa chegar muito perto, ele estará em órbita ao redor do buraco negro. Isso cria o que é chamado de 'anel fotônico' ou 'esfera de fótons', um anel de luz perfeito que deve envolver o buraco negro ao longo da borda interna do disco de acreção, mas fora do horizonte de eventos.
Também é conhecida como a órbita interna mais estável e você pode ver na imagem abaixo, criada pelo astrofísico Jean-Pierre Luminet em 1978.
(Jean-Pierre Luminet)
Modelos do ambiente do buraco negro sugerem que o anel fotônico deve criar uma subestrutura complexa composta de anéis infinitos de luz – um pouco como o efeito que você vê em um espelho infinito.
“A imagem do buraco negro contém, na verdade, uma série de anéis aninhados”, explicou o astrofísico Michael Johnson, do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
'Cada anel sucessivo tem aproximadamente o mesmo diâmetro, mas torna-se cada vez mais' nítido 'porque sua luz gira em torno do buraco negro várias vezes antes de chegar ao observador.'
(Event Horizon Telescope)
Nesta primeira foto histórica de M87 (acima), vemos o disco de acreção – uma peça luminosa laranja-ouro. A parte preta no centro é a sombra do buraco negro. Não podemos realmente ver a esfera do fóton porque a resolução não é alta o suficiente para identificá-la, mas ela deve ser posicionada ao longo da borda da sombra do buraco negro.
Se pudéssemos ver, este anel nos diria coisas muito importantes sobre um buraco negro. O tamanho do anel pode nos dizer a massa, o tamanho e a velocidade de um buraco negro. Podemos identificá-los a partir do disco de acreção, mas o anel de fótons nos permitiria restringir ainda mais os dados para medições mais precisas.
“Cada anel consiste em fótons, colocados na tela do observador depois de coletados por uma concha fotônica de qualquer lugar do universo”, escreveram os pesquisadores em seu artigo.
Portanto, em um ambiente idealizado sem absorção, cada anel contém uma imagem separada exponencialmente distorcida de todo o universo, com cada anel subsequente capturando o universo visível. Juntos, o conjunto é semelhante a um filme, que captura a história do universo visível visto de um buraco negro. '
Então, Johnson e sua equipe usaram simulações para determinar se os anéis de fótons poderiam ser detectados em observações futuras. Eles descobriram que isso poderia ser feito, embora não fosse fácil.
A foto do M87 foi um feito de engenho e colaboração. Telescópios ao redor do mundo trabalharam juntos para criar um interferômetro básico muito longo chamado telescópio de horizonte de eventos, onde as distâncias exatas e diferenças temporais entre os telescópios na matriz podem ser calculadas para colar suas observações. É – em termos muito simples – como ter um telescópio do tamanho da Terra.
“O que realmente nos surpreendeu é que os anéis aninhados são quase invisíveis a olho nu nas imagens – mesmo em imagens perfeitas – mas são sinais fortes e claros para conjuntos de telescópios chamados interferômetros”, disse Johnson.
O estudo foi publicado na revista Science Advances.
Fontes: Foto: Fótons orbitando um buraco negro. (Nicole R. Fuller / NSF)
