Acabamos de obter novas imagens incríveis do buraco negro supermassivo M87*

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M87*, coloquialmente conhecido como Pōwehi. (Créditos: Colaboração do EHT)

Traduzido por Julio Batista
Original de Michelle Starr para o ScienceAlert

Telescópios de todo o mundo se uniram para capturar imagens sem precedentes do buraco negro supermassivo M87* conforme ele lança matéria no espaço a 99% da velocidade da luz.

Este é o mesmo buraco negro famoso que foi capturado pelo Telescópio do Horizonte de Eventos (EHT) e revelado em 2019.

Essa primeira revelação foi uma conquista espetacular. Demorou muitos anos de trabalho e contou com uma série de radiotelescópios que abrangiam todo o globo, combinando suas observações para criar imagens de uma região do espaço não muito maior do que o Sistema Solar, a 55 milhões de anos-luz de distância.

Agora, uma equipe de cientistas adicionou dados de mais telescópios em vários comprimentos de onda de luz, cada um dos quais revelando diferentes características do buraco negro M87* e do jato de plasma relativístico que está explodindo no espaço.

“Sabíamos que a primeira imagem direta de um buraco negro seria inovadora”, disse o astrônomo Kazuhiro Hada, do Observatório Astronômico Nacional do Japão.

“Mas para obter o máximo desta imagem notável, precisamos saber tudo o que pudermos sobre o comportamento do buraco negro naquela época, observando todo o espectro eletromagnético.”

Um buraco negro é muito mais do que o que vemos na imagem ampliada da sombra e do halo do M87* mostrado acima. O buraco negro supermassivo está ativo, sugando material do disco quente de poeira e gás ao seu redor, o que significa que algumas coisas bastante complexas podem acontecer.

Uma delas é a ejeção de jatos relativísticos sendo lançados dos polos do buraco negro.

Nada que possamos detectar atualmente pode escapar de um buraco negro depois que ele ultrapassa o limite crítico de proximidade, mas nem todo o material no disco de acreção girando em um buraco negro ativo termina inevitavelmente além do horizonte de eventos. Uma pequena fração dela é canalizada da região interna do disco de acreção para os polos, onde é lançada no espaço na forma de jatos de plasma ionizado, a velocidades muito próximas a da luz.

Os astrônomos acham que o campo magnético do buraco negro desempenha um papel neste processo. As linhas do campo magnético, de acordo com essa teoria, agem como um síncrotron que acelera o material antes de lançá-lo em uma velocidade absurda.

No caso do M87*, isso é 99 por cento da velocidade da luz – quase tão rápido quanto os jatos relativísticos podem chegar – e o jato que podemos ver se estende por cerca de 5.000 anos-luz no espaço. A luz que ele emite abrange todo o espectro eletromagnético, do menos ao mais energético, portanto, observá-lo em apenas uma faixa de comprimento de onda significaria perder algumas informações sobre a energia da estrutura.

Assim, a equipe adicionou dados de telescópios observando os jatos em vários comprimentos de onda, incluindo o Telescópio Espacial Hubble para luz óptica; o Observatório de Raios-X Chandra e o Telescópio de Raios-X Swift; o Telescópio Espacial NuSTAR para raios-X de alta energia; o Observatório Neil Gehrels Swift para ultravioleta e luz óptica; e HESS, MAGIC, VERITAS e o Telescópio Espacial Fermi para radiação gama.

M87* em vários comprimentos de onda. Clique aqui para legenda completa, créditos e versão em alta resolução.

O objetivo principal disso, disseram os pesquisadores, é produzir e liberar um conjunto de dados que os astrônomos serão capazes de usar nos próximos anos para estudar o M87* e seu jato, para tentar obter mais informações sobre este fenômeno e como ele ocorre.

“Entender a aceleração de partículas é realmente central para entendermos tanto a imagem do EHT quanto os jatos, em todas as suas ‘cores'”, disse a astrofísica Sera Markoff, da Universidade de Amsterdã, na Holanda.

“Esses jatos conseguem transportar a energia liberada pelo buraco negro em escalas maiores do que a galáxia hospedeira, como um enorme cabo de alimentação. Nossos resultados nos ajudarão a calcular a quantidade de energia transportada e o efeito que os jatos do buraco negro têm em seu ambiente.”

A primeira análise da equipe de seus dados é interessante. Isso mostra que, na época das observações do Telescópio de Horizonte de Eventos em abril de 2017, a região ao redor estava na pior parte de sua vida. Ao contrário de dificultar a imagem da sombra do buraco negro, isso na verdade tornou as coisas mais fáceis, já que significava que M87* era a coisa mais brilhante em seu ambiente imediato, não obscurecido pelo brilho.

Eles também descobriram que a radiação gama – que pode ser produzida pela interação com raios cósmicos, cuja origem é atualmente desconhecida – não estava emergindo de perto do horizonte de eventos do buraco negro no momento dessas observações, mas em algum lugar mais distante.

Precisamente ainda permanece um quebra-cabeça, mas essa é a beleza deste trabalho – é algo que os cientistas irão construir por muito tempo, particularmente enquanto o Telescópio de Horizonte de Eventos continua a operar. Ele está conduzindo uma operação de observação agora, no momento em que este artigo foi escrito, e esses dados darão aos cientistas muito o que pensar.

“Com o lançamento destes dados, combinados com a retomada das observações e um EHT melhorado, sabemos que muitos excitantes novos resultados estão no horizonte”, disse o astrofísico Mislav Baloković da Universidade de Yale (EUA).

Os resultados foram publicados no The Astrophysical Journal Letters.