A imagem histórica de Sagitário A* é o culminar de uma busca astronômica de décadas – e um passo crucial para uma nova compreensão dos buracos negros, gravidade e espaço-tempo.
O mistério no coração da Via Láctea foi finalmente resolvido. Esta manhã, em conferências de imprensa simultâneas em todo o mundo, os astrônomos do Event Horizon Telescope (EHT) revelaram a primeira imagem de Sagitário A, o buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea. Não é a primeira foto de um buraco negro que essa colaboração nos deu – essa foi a imagem icônica do M87, que eles revelaram em 10 de abril de 2019. Mas é a que eles mais queriam. Sagitário A* é nosso próprio buraco negro supermassivo privado, o ponto imóvel em torno do qual nossa galáxia gira.
Os cientistas há muito pensam que um buraco negro supermassivo escondido nas profundezas da caótica região central de nossa galáxia era a única explicação possível para as coisas bizarras que acontecem lá – como estrelas gigantes girando em torno de algo invisível no espaço a uma fração apreciável da velocidade de luz. No entanto, eles hesitaram em dizer isso abertamente. Por exemplo, quando os astrônomos Reinhard Genzel e Andrea Ghez compartilharam uma parte do Prêmio Nobel de Física de 2020 por seu trabalho em Sagitário A *, sua citação especificou que eles foram premiados pela “descoberta de um objeto compacto supermassivo no centro de nossa galáxia ”, não a revelação de um “buraco negro”. O tempo para esse tipo de cautela expirou.
No National Press Club em Washington, D.C., esta manhã, Feryal Özel, professor de astronomia e física da Universidade do Arizona e membro do EHT Science Council, apresentou a imagem, um anel escuro emoldurado por três nós brilhantes de trilhões. -graus de gás. “Conheci [Sagitário A*] 20 anos atrás e adorei e tentei entendê-lo desde então”, disse Özel. “Mas até agora, não tínhamos a imagem direta.”
Os buracos negros prendem tudo o que cai, incluindo a luz, então eles são, em um sentido muito real, invisíveis. Mas eles distorcem o espaço-tempo em torno deles tão severamente que, quando são iluminados por fluxos brilhantes de matéria em queda fragmentada em seu domínio gravitacional, eles lançam uma “sombra”. A sombra é cerca de duas vezes e meia maior que o horizonte de eventos de um buraco negro: seu limite e sua característica definidora, a linha no espaço-tempo através da qual nada que passa pode retornar.
O EHT captura imagens dessa sombra usando uma técnica chamada interferometria de linha de base muito longa (VLBI), que combina observatórios de rádio em vários continentes para formar um telescópio virtual do tamanho da Terra, um instrumento com a maior resolução em toda a astronomia. Em abril de 2017, a colaboração do EHT passou várias noites apontando esse instrumento virtual para Sagitário A* e outros buracos negros supermassivos. Já vimos o primeiro produto finalizado desse esforço: M87. A equipe também capturou os dados brutos da imagem de Sagitário A na mesma campanha, mas a conversão dessas observações em uma imagem real levou muito mais tempo.
Isso porque Sagitário A* está mudando constantemente. M87, o buraco negro no coração da galáxia Messier 87, ou M87, é tão grande que a matéria que gira em torno dele leva muitas horas para completar uma órbita completa. Praticamente falando, isso significa que você pode olhar para ele por um longo tempo, e dificilmente mudará. Sagitário A é mais de 1.000 vezes menos massivo, então muda cerca de 1.000 vezes mais rápido, à medida que a matéria se move em órbitas mais apertadas e mais rápidas ao redor do buraco negro. Katie Bouman, cientista da computação e astrônoma do Instituto de Tecnologia da Califórnia que co-lidera o grupo de trabalho de imagem do EHT, disse que a matéria orbita Sagitário A* tão rapidamente que muda “minuto a minuto”. Imagine tirar uma fotografia com lapso de tempo de uma bala em alta velocidade – fazer isso não é fácil. É por isso que extrair uma imagem clara de Sagitário A* dos dados coletados na corrida de observação de 2017 tem sido um trabalho de vários anos.
Se a natureza mercurial de Sagitário A* o tornou difícil de ver, também o torna um laboratório empolgante para futuros estudos de buracos negros e da teoria geral da relatividade de Einstein, sua consagrada teoria da gravidade. Ao longo de décadas de estudo com todos os tipos de telescópios, os astrônomos já conheciam as medidas básicas de Sagitário A* (sua massa, diâmetro e distância da Terra) com grande precisão. Agora, finalmente, eles ganharam a capacidade de vê-lo evoluir – ver como ele se alimenta de fluxos de matéria em chamas e piscantes – em tempo real.
LEVANTANDO UM VÉU DE MUITAS CAMADAS
Os cientistas começaram a suspeitar que um buraco negro espreitava no coração da Via Láctea no início dos anos 1960, não muito depois da descoberta de núcleos galácticos ativos – regiões extremamente brilhantes nos núcleos de algumas galáxias iluminadas por buracos negros supermassivos que se alimentam vorazmente. Da nossa perspectiva aqui na Terra, os núcleos galácticos ativos são coisa do passado – só os vemos no universo distante. Onde foram todos? Em 1969, o astrofísico inglês Donald Lynden-Bell argumentou que eles não foram a lugar nenhum. Em vez disso, ele disse, eles apenas foram dormir depois de suas refeições pesadas – buracos negros supermassivos adormecidos, ele previu, estão adormecidos ao nosso redor nos corações das galáxias espirais, incluindo a nossa.
Em 1974, os astrônomos americanos Bruce Balick e Robert Brown apontaram radiotelescópios em Green Bank, W. Va., no centro da Via Láctea e descobriram uma mancha escura que eles suspeitavam ser o buraco negro central da nossa galáxia. Eles encontraram a mancha em uma fatia do céu conhecida como Sagitário A. A radiação da nova fonte estava iluminando – ou “excitante” – nuvens de hidrogênio ao redor. Brown tomou emprestado a nomenclatura da física atômica, na qual os átomos excitados são marcados com um asterisco, e nomeou o ponto recém-descoberto de Sagitário A*.
Nas duas décadas seguintes, os radioastrônomos continuaram melhorando gradualmente sua visão de Sagitário A*, mas estavam limitados pela falta de telescópios adequados, tecnologia relativamente primitiva (pense em fita magnética bobina a bobina) e a dificuldade inerente de observar o centro galáctico.
Sagitário A* é escondido por um véu multicamadas. A primeira camada é o plano galáctico – 26.000 anos-luz de gás e poeira que bloqueiam a luz visível. As ondas de rádio navegam através do plano galáctico sem impedimentos, mas são obscurecidas pela segunda camada do véu – a tela de dispersão, um trecho turbulento do espaço onde as variações de densidade no meio interestelar desviam ligeiramente as ondas de rádio. A camada final que esconde Sagitário A* é a matéria obliterada que envolve o próprio buraco negro. Perscrutar através dessa barreira é um pouco como descascar as cascas de uma cebola. As camadas externas emitem luz de comprimento de onda mais longo, portanto, fazer o VLBI funcionar com luz de comprimento de onda mais curto permitiria visualizações mais próximas do horizonte de eventos do buraco negro. Isso, no entanto, foi um grande desafio tecnológico.
Os astrônomos que usaram outras técnicas além do VLBI inicialmente tiveram mais sucesso, reunindo evidências indiretas de que o “ponto” de Sagitário A* era na verdade um buraco negro supermassivo fervilhante. Na década de 1980, o físico Charles Townes e seus colegas mostraram que as nuvens de gás no centro galáctico estavam se movendo de maneiras que só faziam sentido se estivessem sob a influência de alguma grande massa gravitacional invisível. E na década de 1990 Ghez e Genzel começaram independentemente a rastrear as órbitas de estrelas azuis gigantes no centro galáctico, mapeando seu movimento em torno de um ponto de pivô pesado, mas oculto.
Enquanto isso, a situação dos radioastrônomos melhorou. No final dos anos 1990 e início dos anos 2000, uma nova geração de radiotelescópios de alta frequência começou a entrar em operação – telescópios que, se aumentados com muitos equipamentos sob medida, poderiam participar de observações VLBI nas frequências de micro-ondas que se pensava brilharem na borda de Sagitário A. sombra de *. Ao mesmo tempo, a revolução da computação que levou a discos rígidos de estado sólido e smartphones em todos os bolsos aumentou enormemente a quantidade de dados que cada observatório em uma rede de radiotelescópios poderia registrar e processar.
Em 2007, um pequeno precursor do EHT aproveitou essas tendências e usou um trio de telescópios no Havaí, Califórnia e Novo México para perfurar o véu em torno de Sagitário A*. Eles estavam longe de fazer uma imagem, mas viram algo.
Os cientistas sabiam há algum tempo que um buraco negro deveria, em certas circunstâncias, lançar sombras visíveis. Em 1973, o físico James Bardeen previu que um buraco negro na frente de um fundo brilhante mostraria sua silhueta, embora tenha decidido que “parece não haver esperança de observar esse efeito”. E em 2000 os astrofísicos Heino Falcke, Fulvio Melia e Eric Agol mostraram que um radiotelescópio do tamanho da Terra poderia ver a sombra de Sagitário A* contra o brilho de seu anel circundante de matéria fragmentada.
Meia década depois, algumas dezenas de astrônomos e astrofísicos que trabalhavam neste canto obscuro da astronomia concordaram com o objetivo formal de construir um radiotelescópio virtual em escala planetária para observar essa sombra. A primeira reunião oficial de lançamento do projeto ocorreu em janeiro de 2012, e nasceu o EHT.
Cinco anos depois, depois de crescer em uma colaboração de mais de 200 cientistas com oito observatórios participantes em todo o mundo, a equipe tirou sua primeira foto realista ao ver a sombra de Sagitário A*. Ao longo de 10 dias em abril de 2017, telescópios na América do Norte, América do Sul, Havaí, Europa e Antártica ampliaram coletivamente o centro galáctico e outros buracos negros, reunindo 65 horas de dados em 1.024 discos rígidos de oito terabytes, que foram enviados para bancos de supercomputadores em Massachusetts e Alemanha para correlação. Cinco anos depois disso, os exultantes pesquisadores do EHT mostraram ao mundo que seu experimento funcionou. “Estamos trabalhando nisso há tanto tempo que, de vez em quando, você precisa se beliscar”, disse Bouman esta manhã. “Este é o buraco negro no centro da nossa galáxia!”
Fontes: Seth Fletcher
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