Novas imagens de buraco negro revelam um anel brilhante e fofo e uma alta

May 13, 2024

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Em 2017, os astrónomos capturaram a primeira imagem de um buraco negro coordenando antenas de rádio em todo o mundo para funcionarem como um único telescópio do tamanho de um planeta. A rede sincronizada, conhecida coletivamente como Event Horizon Telescope (EHT), focou-se em M87*, o buraco negro no centro da galáxia vizinha Messier 87. A resolução focada a laser do telescópio revelou um anel brilhante muito fino em torno de um centro escuro, representando a primeira imagem visual da sombra de um buraco negro.

Os astrónomos reorientaram agora a sua visão para capturar uma nova camada de M87*. A equipe, incluindo cientistas do Observatório Haystack do MIT, aproveitou outra rede global de observatórios – o Global Millimeter VLBI Array (GMVA) – para capturar uma visão mais ampliada do buraco negro.

As novas imagens, obtidas um ano após as observações iniciais do EHT, revelam um anel mais espesso e fofo, 50 por cento maior do que o anel relatado pela primeira vez. Este anel maior é um reflexo da resolução do conjunto de telescópios, que foi ajustado para captar mais plasma superquente e brilhante que rodeia o buraco negro.

Pela primeira vez, os cientistas puderam ver que parte do anel do buraco negro consiste em plasma de um disco de acreção circundante - uma panqueca rodopiante de elétrons incandescentes que a equipe estima estar sendo aquecida a bilhões de graus Celsius à medida que o plasma flui para o interior do buraco negro. buraco negro próximo à velocidade da luz.

As imagens também revelam plasma saindo do anel central, que os cientistas acreditam ser parte de um jato relativístico que sai do buraco negro. Os cientistas seguiram estas emissões até ao buraco negro e observaram pela primeira vez que a base do jacto parece estar ligada ao anel central.

“Esta é a primeira imagem em que somos capazes de determinar onde está o anel, em relação ao poderoso jato que escapa do buraco negro central”, diz Kazunori Akiyama, cientista pesquisador do Observatório Haystack do MIT, que desenvolveu o software de imagem usado. para visualizar o buraco negro. “Agora podemos começar a abordar questões como a forma como a matéria é capturada por um buraco negro e como por vezes consegue escapar.”

Akiyama faz parte de uma equipa internacional de astrónomos que apresenta as novas imagens, juntamente com a sua análise, num artigo publicado hoje na Nature.

Um olho expandido

Para capturar imagens de M87*, os astrônomos usaram uma técnica em radioastronomia conhecida como interferometria de linha de base muito longa, ou VLBI. Quando um sinal de rádio passa pela Terra, como nas emissões de plasma de um buraco negro, antenas parabólicas em todo o mundo podem captar o sinal. Os cientistas podem então determinar o momento em que cada antena regista o sinal e a distância entre as antenas, e combinar esta informação de uma forma análoga ao sinal visto por um telescópio muito grande à escala planetária.

Quando cada radiotelescópio é ajustado para uma frequência específica, o conjunto como um todo pode focar em uma característica específica do sinal de rádio. A rede do EHT foi ajustada para 1,3 milímetros — resolução equivalente a ver um grão de arroz na Califórnia, em Massachusetts. Com esta resolução, os astrónomos puderam ver para além da maior parte do plasma que rodeia M87* e obter imagens do anel mais fino, acentuando assim a sombra do buraco negro.

Em contraste, a rede GMVA funciona num comprimento de onda ligeiramente maior de 3 milímetros, proporcionando uma resolução angular ligeiramente inferior. Com esse foco, a matriz poderia resolver uma semente de abóbora, em vez de um grão de arroz. A rede em si consiste em cerca de uma dúzia de radiotelescópios espalhados pelos Estados Unidos e pela Europa, localizados principalmente ao longo do eixo leste-oeste da Terra. Para criar um telescópio verdadeiramente do tamanho de um planeta capaz de captar um sinal de rádio distante do M87*, os astrónomos tiveram de expandir o “olho” do conjunto para norte e sul.