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O que o Event Horizon Telescope tem reservado para nós nos próximos anos?

Recém revelado sua primeira imagem do buraco negro no centro de nossa galáxia, o Event Horizon Telescope está pronto para dar seus próximos passos, capturando filmes de gás fluindo turbulentamente em um buraco negro.

As duas imagens de buracos negros que o Event Horizon Telescope (EHT) produziu até agora – a de Sagitário A* na Via Láctea e a do buraco negro no centro da galáxia M87 – são instantâneos no tempo. Os buracos negros estão constantemente se agitando à medida que o gás orbita em torno de sua superfície, ou horizonte de eventos, mas as imagens estáticas não mostram realmente essa agitação.

Assim, os cientistas sonham com filmes produzidos por imagens repetidas dos buracos negros ao longo de meses e anos. Os pesquisadores esperam que esses filmes mostrem a evolução dos discos de acreção de buracos negros à medida que o gás flui para eles e como os campos magnéticos dentro do disco ficam emaranhados e enrolados à medida que são arrastados pelos buracos negros.

Já houve tentativas de fazer um filme. “Tentamos isso com os dados de 2017”, disse Katie Bouman, cientista da computação do Instituto de Tecnologia da Califórnia, durante a entrevista coletiva da NSF na quinta-feira (12 de maio), aludindo à corrida de observação de 2017 que produziu os dados por trás das imagens de ambos os buracos negros.

“Desenvolvemos algoritmos que nos permitiram fazer filmes e os aplicamos aos dados”, acrescentou. “Vimos que, embora houvesse algo interessante lá, os dados que temos atualmente não restringem o filme o suficiente para dizer algo em que estamos realmente confiantes”.

Portanto, os cientistas precisam de mais dados antes que um vídeo seja viável, mas capturar esses dados leva muito tempo, e os telescópios que compõem o projeto EHT têm outros programas de observação para serem concluídos.

Para enfrentar o desafio, os engenheiros estão implementando melhorias técnicas para que, até 2024, os astrônomos do EHT possam ligar e desligar as observações. Essa capacidade permitirá que os cientistas usem o tempo livre nos telescópios por um longo período, em vez de uma campanha de observação com duração de uma ou duas semanas.

Vincent Fish, astrofísico do Observatório Haystack do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, descreve a abordagem como observação ágil. “Você faz suas observações e então [os telescópios] podem voltar e fazer sua outra ciência o resto do tempo”, disse Fish durante a entrevista coletiva da NSF.

Embora essas observações ágeis comecem em 2024, os cientistas do EHT precisarão de alguns anos para processar os dados em um filme usando as técnicas de imagem descritas por Bouman.

A primeira estrela de cinema será o buraco negro em M87, uma galáxia elíptica no coração do aglomerado de galáxias de Virgem, a 54,5 milhões de anos-luz da Terra. Apesar de sua grande distância, esse buraco negro realmente aparece no céu com um tamanho semelhante ao de Sagitário A* porque é muito maior. O anel de gás fotografado em torno de Sagitário A* poderia caber dentro da órbita de Mercúrio, cujo raio é de cerca de 58 milhões de quilômetros, enquanto o buraco negro em M87 poderia facilmente abranger as órbitas de todos os planetas do sistema solar.

O tamanho do buraco negro M87 realmente ajuda quando se trata de fazer filmes. Como Sagitário A* é muito menor, as mudanças ocorrem muito mais rapidamente à medida que o gás gira em torno do buraco negro – rápido demais para a observação esporádica do EHT rastrear. Como o buraco negro de M87 é tão grande, as mudanças em seu anel de gás levam semanas ou meses para se tornarem aparentes, permitindo que os filmes sejam capturados em um ritmo mais imponente.

A observação ágil tem outros benefícios. Ocasionalmente, os buracos negros experimentam uma explosão quando destroem um asteroide ou uma nuvem de gás que se aproximou demais. Observar tais explosões requer um acompanhamento rápido, o que o EHT não conseguiu fazer até agora, dada a logística de arranjar tempo nos telescópios e instalar o equipamento necessário. Com uma observação ágil, o EHT será capaz de acompanhar com o apertar de um botão caso os astrônomos detectem uma explosão em M87 ou mesmo em Sagitário A*.

Embora não devamos esperar nenhum filme de Sagitário A * tão cedo, há muito mais para observar por lá. O EHT já mediu o nível de polarização na luz do disco de gás de M87, que informa aos astrônomos sobre a força e direção dos campos magnéticos envolvidos no disco, possivelmente emanados do próprio buraco negro.

“Nosso próximo passo será fazer imagens polarizadas de Sagitário A*, para que possamos ver os campos magnéticos próximos ao buraco negro e ver como eles são arrastados pelo próprio buraco negro”, Michael Johnson, astrofísico da o Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, disse durante a entrevista coletiva da NSF.

Outro passo irá aprimorar a visão do EHT sobre os buracos negros. Sete observatórios colaboraram para criar imagens do buraco negro de M87; com a adição do Telescópio do Pólo Sul, oito observatórios participaram das imagens de Sagitário A*.

O Event Horizon Telescope opera através de Very Long Baseline Interferometry, uma técnica que emparelha telescópios. A distância entre os telescópios, que os cientistas chamam de ‘linha de base’, é equivalente à abertura de um telescópio normal.

Se mais telescópios puderem se juntar ao projeto EHT, as linhas de base que ligam os observatórios podem aumentar em número e comprimento. O alongamento das linhas de base aumenta a resolução, permitindo que os cientistas vejam detalhes menores. Enquanto isso, aumentar o número de linhas de base aumenta a sensibilidade do EHT e seu número de ângulos de visão. Esse fator está em exibição na imagem de Sagitário A*, que parece irregular: Esses pontos brilhantes não são pontos quentes, mas marcam regiões onde os ângulos de visão de mais pares de telescópios coincidiram, resultando em um sinal mais forte.

Três novos telescópios foram adicionados ao EHT desde as execuções de imagens M87 e Sagitário A. Estes são o Projeto do Telescópio da Groenlândia, o Observatório IRAM NOEMA nos Alpes franceses e o telescópio Kitt Peak de 12 metros no Arizona. Como o Projeto do Telescópio da Groenlândia está tão ao norte, ele só pode observar M87 e não Sagitário A; por outro lado, o Telescópio do Pólo Sul não pode ver M87. Assim, apenas 10 telescópios poderão observar cada buraco negro.

“Adicionar novas estações ajudará muito”, disse Hickox.

E os outros buracos negros em outras galáxias? Infelizmente, podemos ter que nos contentar com apenas dois buracos negros por enquanto.

“Um dos desafios é que não há realmente nenhum buraco negro que tenha um horizonte de eventos grande o suficiente, conforme projetado no céu, que possa ser facilmente fotografado com o Event Horizon Telescope”, disse Hickox.

Isso não significa que o EHT não possa observá-los. A rede já observou os jatos de algumas galáxias ativas, como o quasar 3C273, que fica a 2,4 bilhões de anos-luz da Terra e possui um buraco negro central com cerca de 880 milhões de massas solares.

Esses jatos podem ser surpreendentemente informativos, disse Hickox. “Há muitas estruturas realmente interessantes nesses jatos que nos dizem como as partículas são aceleradas em torno de um buraco negro e como elas interagem com o ambiente depois de serem ejetadas, como os campos magnéticos funcionam e qual a composição dessas partículas. são, e todas essas coisas, que afetam como esses jatos influenciam o gás em escalas muito grandes ao redor de sua galáxia”, disse ele.

Dado que o programa de observação do EHT 2020 foi cancelado por causa da pandemia do COVID-19, há tempo perdido para ser recuperado. No entanto, a pausa deu aos cientistas a chance de processar a imagem de Sagitário A* e desenvolver novas tecnologias e algoritmos de processamento de imagem para extrair mais detalhes das imagens.

Mal arranhamos a superfície do que esses dois buracos negros podem nos dizer. Eles estão girando e, em caso afirmativo, quão rápido? De onde vêm seus campos magnéticos? Eles consomem gás em goles súbitos ou consomem o gás mais gradualmente? E como eles afetam seu ambiente imediato em suas galáxias?

Com o lançamento da imagem de Sagitário A*, as respostas para algumas dessas perguntas podem estar quase ao nosso alcance.

Fontes: Keith Cooper

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