Primeira foto de um buraco negro pode ser divulgada próxima quarta

Próxima quarta, 10 de abril, o mundo aguarda o que será um dos maiores triunfos da astronomia: a primeira fotografia real de um buraco negro!

Durante anos, o Telescópio Event Horizon tem trabalhado para nos trazer a primeira fotografia telescópica do horizonte de eventos de um buraco negro. 

De fato, apesar de toda sua popularidade na imaginação pública, nunca vimos um buraco negro. E a razão para isso é risivelmente simples.

Os buracos negros, como o próprio nome diz, são literalmente invisíveis. A força de sua gravidade é tão imensa que, além de certo ponto, nada escapa. Isso inclui a radiação eletromagnética - como raios-X, infravermelho, luz e ondas de rádio - que nos permitiria detectar diretamente o objeto.

Esse ponto sem retorno é chamado de horizonte de eventos e, além de ser um local aterrorizante no qual você nunca quer se encontrar, também é nossa chave para realmente visualizar um buraco negro.

Embora possamos não ser capazes de ver o buraco negro em si, há uma chance de que seu horizonte de eventos possa ser fotografado; e estamos tentadoramente perto de ver os resultados graças ao  Event Horizon Telescope  (EHT), que deve ser anunciado publicamente a qualquer momento.

Mas muito antes do EHT, havia um astrofísico chamado Jean-Pierre Luminet. Desde 1978, ele já nos deu o que poderia ser considerado a primeira imagem do horizonte de eventos de um buraco negro.

Não é, claro, uma foto real. Luminet, que tinha formação em matemática, usou seu conjunto de habilidades para realizar a primeira simulação computacional do que um buraco negro poderia parecer para um observador, usando um computador IBM 7040 de cartão perfurado da década de 1960 .

"Na época, era um assunto muito exótico e a maioria dos astrônomos não acreditava em sua existência", disse Luminet ao ScienceAlert.

"Eu queria explorar a estranha física dos buracos negros e propor mecanismos específicos que poderiam ajudar a obter assinaturas indiretas de sua própria existência. Além disso, para prosseguir com o trocadilho, com o meu nome 'Luminet' eu gostei muito da ideia de como um perfeitamente não. Estrela luminosa pode dar origem a fenômenos observáveis ​​".

Que dados o computador devolveu, Luminet então cuidadosamente traçou a mão com caneta e nanquim em papel negativo, como se ele fosse uma impressora humana.

Essa imagem distorcida - vista acima - mostra como um disco achatado de material caindo em um buraco negro poderia parecer se fôssemos perto o suficiente para vê-lo. Não parece plana, porque a gravidade intensa do buraco negro está dobrando a luz em torno dele.

"De fato, o campo gravitacional curva tanto os raios de luz perto do buraco negro que a parte traseira do disco é 'revelada'", explicou Luminet em um artigo publicado no arXiv  no ano passado.

"A curvatura dos raios de luz também gera uma imagem secundária que nos permite ver o outro lado do disco de acreção, no lado oposto do buraco negro do observador."

Luminet foi o primeiro, mas ele não foi o único cativado pelo mistério de como um buraco negro poderia parecer. Outros tentaram visualizar esses objetos desde então, e até mesmo colocaram seus esforços na telona.

Buraco negro do interestelar Gargantua. (Filmes Paramount)

O filme de 2014 Christopher Nolan Interstellar foi elogiado por sua suposta "cientificamente precisa" representação de um buraco negro, baseado em grande parte no trabalho conduzido pela Luminet décadas atrás, e criado em consulta com o físico teórico Kip Thorne da Caltech.

Em última análise, o filme optou por uma versão simplificada, para ser menos confusa e bonita na tela.

Foi certamente impressionante; mas, de acordo com Luminet e Thorne, não é exatamente como um buraco negro seria.

As imagens primárias e secundárias criadas pelo campo gravitacional estão presentes e corretas. Mas, ao contrário da imagem da Luminet, o brilho do disco é uniforme.

Uma simulação de um buraco negro de um artigo de Thorne e colegas usando técnicas de CG para desenvolver Gargantua. (James et al. / Gravidade Clássica e Quântica)

"É precisamente essa forte assimetria de luminosidade aparente", escreveu Luminet, "que é a principal assinatura de um buraco negro, o único objeto celeste capaz de dar às regiões internas de um disco de acreção uma velocidade de rotação próxima da velocidade da luz. e induzir um efeito Doppler muito forte".

Ele escreveu um artigo de 15 páginas sobre a ciência do filme, e o próprio Thorne escreveu um livro  sobre o assunto.

Você pode notar que todas essas versões de um buraco negro são muito diferentes de outro tipo de imagem de buraco negro que você pode ter visto, mais notavelmente pela descoberta do LIGO em 2016.

Estes são baseados no trabalho do astrofísico Alain Riazuelo , do Centro Nacional Francês para Pesquisa Científica e União Astronômica Internacional, que primeiro simulou esse buraco negro em 2016.

A razão pela qual esses buracos negros parecem diferentes é porque a obra de arte mostra um buraco negro em repouso - sem um disco de acreção.

Desnudada dessa mortalha de poeira e gás, a gravidade do buraco negro distorce o espaço atrás dele; se fôssemos suficientemente próximos para ver o buraco negro assim, estaríamos em movimento, capturados pela gravidade em órbita. É por isso que parece se mover pelo campo de estrelas.

No caso de dois buracos negros juntos, como visto no vídeo LIGO, cada buraco negro tem uma pequena imagem secundária em forma de banana do outro buraco que aparece por trás dele. 

O EHT tem se concentrado em Sagitário A*, o buraco negro supermassivo no centro de nossa própria galáxia, a Via Láctea.

Nós não sabemos o que vamos ver; É possível que os dados retornem apenas alguns pixels borrados. (Se for esse o caso, mais telescópios se juntarão à colaboração e os cientistas tentarão novamente.)

Dado que o buraco negro tinha um disco de acreção durante as observações, estamos antecipando algo que se parece muito com o trabalho do Luminet.

Além disso, esperamos que a colaboração nos ajude a entender mais sobre a polarização da radiação, a estrutura do campo magnético e os jatos relativísticos do buraco negro. 

Mas qual é a parte mais emocionante sobre o trabalho do EHT? "A foto do disco de acreção!" ele Luminet. E concordamos com ele. 

Via Science Alert