O Event Horizon Telescope captura uma nova visão do buraco negro em luz polarizada

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Dois anos atrás, o Event Horizon Telescope (EHT) ganhou as manchetes com o anúncio da primeira imagem direta de um buraco negro. A revista Science chamou a imagem de seu Revelação do ano. Agora a colaboração EHT está de volta com outro resultado inovador: uma nova imagem do mesmo buraco negro, desta vez mostrando como ele fica em luz polarizada. Espera-se que a capacidade de medir essa polarização pela primeira vez – uma assinatura de campos magnéticos na borda do buraco negro – produza novas percepções sobre como os buracos negros devoram matéria e emitem jatos poderosos de seus núcleos. As novas descobertas foram descritas em três artigos publicados no The Astrophysical Journal Letters.

"Este trabalho é um marco importante: a polarização da luz carrega informações que nos permitem entender melhor a física por trás da imagem que vimos em abril de 2019, o que não era possível antes", disse o co-autor Iván Martí-Vidal, coordenador do Grupo de Trabalho de Polarimetria EHT e pesquisador da Universidade de Valência, Espanha. "Revelar esta nova imagem de luz polarizada exigiu anos de trabalho devido às técnicas complexas envolvidas na obtenção e análise dos dados."

Como Ars ' John Timmer relatou em 2019:

O Event Horizon Telescope não é um telescópio no sentido tradicional. Em vez disso, é uma coleção de telescópios espalhados pelo globo. Em sua iteração atual, inclui hardware do Havaí à Europa e do Pólo Sul à Groenlândia, embora nem todos estivessem ativos durante as observações iniciais. O telescópio é criado por um processo chamado interferometria, que usa a luz capturada em diferentes locais para construir uma imagem com resolução semelhante à de um telescópio do tamanho dos locais mais distantes.

A interferometria tem sido usada em instalações como o ALMA, o Atacama Large Millimeter / submillimeter Array, onde os telescópios podem se espalhar por 16 km de deserto. Em teoria, não há limite máximo para o tamanho da matriz, mas existem vários desafios. Para saber quais fótons se originaram ao mesmo tempo na fonte, você precisa de informações de localização e tempo muito precisas em cada um dos sites. E você ainda precisa reunir fótons suficientes para ver qualquer coisa. Em geral, isso significa relógios atômicos (que tinham de ser instalados em muitos dos locais) e medições GPS extremamente precisas feitas ao longo do tempo. Para o Event Horizon Telescope, a grande área de coleta do ALMA, combinada com a escolha de um comprimento de onda onde buracos negros supermassivos são muito brilhantes, garantiu fótons suficientes. O resultado líquido é um telescópio que pode fazer o equivalente a ler o ano estampado em uma moeda em Los Angeles da cidade de Nova York – presumindo que a moeda estava brilhando em comprimentos de onda de rádio. Não há como fazer melhor sem depender de hardware que não está localizado na Terra.

Esses múltiplos métodos de imagem resultaram no primeira imagem direta já tirada de um buraco negro no centro de uma galáxia elíptica. Localizada na constelação de Virgem, a cerca de 55 milhões de anos-luz de distância, a galáxia é chamada de Messier 87 (M87). As descobertas da colaboração foram publicado em 10 de abril de 2019 em seis artigos diferentes apresentados no The Astrophysical Journal Letters. É um feito que teria sido impossível uma mera geração atrás, tornado possível por avanços tecnológicos, novos algoritmos inovadores e, claro, conectar vários dos melhores observatórios de rádio do mundo. A imagem confirmou que o objeto no centro do M87 é de fato um buraco negro.

O EHT capturou fótons presos em órbita ao redor do buraco negro, girando próximo à velocidade da luz, criando um anel brilhante ao seu redor. A partir disso, os astrônomos foram capazes de deduzir que o buraco negro está girando no sentido horário. A imagem também revelou a sombra do buraco negro, uma região central escura dentro do anel. Essa sombra é o mais próximo que os astrônomos podem chegar de tirar uma foto do buraco negro real, do qual a luz não pode escapar depois de cruzar o horizonte de eventos. E assim como o tamanho do horizonte de eventos é proporcional à massa do buraco negro, o mesmo ocorre com a sombra do buraco negro: quanto maior a massa do buraco negro, maior a sombra. (A massa do buraco negro M87 é 6,5 bilhões de vezes a do nosso Sol.) Foi uma confirmação impressionante da teoria geral da relatividade, mostrando que essas previsões se mantêm mesmo em ambientes gravitacionais extremos.

No entanto, o que faltava era uma visão do processo por trás dos poderosos jatos gêmeos produzidos pelo buraco negro engolindo a matéria, ejetando uma parte do material que caiu dentro dele quase na velocidade da luz. (O buraco negro no centro de nossa Via Láctea é menos faminto, ou seja, relativamente silencioso, em comparação com o buraco negro do M87.) Por exemplo, os astrônomos ainda não concordam sobre como esses jatos são acelerados a velocidades tão altas. Esses novos resultados colocam restrições adicionais em torno das várias teorias concorrentes, estreitando as possibilidades.

Da mesma forma que os óculos de sol polarizados reduzem o brilho de superfícies brilhantes, a luz polarizada ao redor de um buraco negro fornece uma visão mais nítida da região ao seu redor. Nesse caso, a polarização da luz não se deve a filtros especiais (como as lentes dos óculos de sol), mas à presença de campos magnéticos na região quente do espaço em torno do buraco negro. Essa polarização permite aos astrônomos mapear as linhas do campo magnético na borda interna e estudar a interação entre a matéria fluindo para dentro e sendo expelida para fora.

"As observações sugerem que os campos magnéticos na borda do buraco negro são fortes o suficiente para empurrar o gás quente e ajudá-lo a resistir à atração da gravidade. Apenas o gás que desliza pelo campo pode espiralar para dentro do horizonte de eventos," disse o co-autor Jason Dexter da University of Colorado Boulder, que também é coordenador do EHT Theory Working Group. Isso significa que apenas os modelos teóricos que incorporam o recurso de um gás fortemente magnetizado descrevem com precisão o que a colaboração EHT observou.

DOI: "First M87 Event Horizon Telescope Results VII: polarization of the ring," Astrophysical Journal Letters, 2021. 10.3847 / 2041-8213 / abe71d.

DOI: "First M87 Event Horizon Telescope Results VIII: Magnetic Field Structure Near The Event Horizon," Astrophysical Journal Letters, 2021. 10.3847 / 2041-8213 / abe4de.

DOI: "Propriedades Polarimétricas dos alvos do Telescópio do Horizonte de Eventos do ALMA," Astrophysical Journal Letters, 2021. 10.3847 / 2041-8213 / abee6a (Sobre DOIs)

Listando imagem por EHT Collaboration

Fonte: Ars Technica