Os astrônomos veem a sombra cintilante de um buraco negro

Imagens da sombra do buraco negro M87 * obtidas usando simulações geométricas e telescópios EHT em 2009-2017

Os cientistas levantaram os dados de arquivo de observações astronômicas e descobriram que a sombra do buraco negro M87 * muda ao longo do tempo - ela pisca e treme. Os resultados do estudo são publicados no Astrophysical Journal.

Em 2017, o Event Horizon Telescope (EHT) recebeu a primeira fotografia de um buraco negro na história das observações astronômicas. Ele captura o buraco negro supermassivo M87 * no centro da galáxia elíptica Messier 87 (M87) na constelação de Virgem.

A relatividade geral prevê que objetos superdensos, como buracos negros, distorcem o espaço-tempo e aquecem o material ao redor até o ponto em que ele começa a brilhar. O espaço-tempo curvo "destacado", de acordo com a teoria, dá uma sombra assimétrica.

A imagem de 2017 confirmou totalmente a teoria. A sombra crescente M87 * com distribuição de brilho desigual é claramente visível nela.

Cientistas da colaboração EHT decidiram levantar os dados arquivados do Event Horizon Telescope para 2009-2013 e ver como a área de sombra se comportou anteriormente.

O EHT é composto por muitos radiotelescópios em todo o mundo que realizam observações sincronizadas usando interferometria de linha de base muito longa (VLBI). Juntos, eles formam uma antena de rádio virtual do tamanho da Terra, que fornece uma resolução de imagem excepcionalmente alta.

O projeto começou em 2009, mas até 2012 o array EHT incluía apenas três radiotelescópios, em 2013 eram quatro deles, e em 2017 - cinco. Depois disso, a qualidade das imagens aumentou dramaticamente e os cientistas receberam a primeira foto de um buraco negro. Este evento foi anunciado em abril de 2019.

Como os dados de 2009-2013 são muito menos detalhados do que as observações de 2017, os cientistas usaram modelagem estatística baseada em suposições geométricas para compará-los.

A análise dos dados arquivados mostrou que a sombra já estava presente em observações anteriores. Sua localização e tamanho não mudaram desde 2009, mas durante esse tempo a distribuição azimutal do brilho mudou várias vezes. Acontece que o setor escuro da sombra está em constante movimento e o anel "brilha" por assim dizer.

"A análise dos dados mostra que a orientação e a estrutura fina do anel muda ao longo do tempo. Isso fornece o primeiro insight sobre a estrutura dinâmica do fluxo de acreção em torno do horizonte de eventos", disse o co-autor Thomas Krichbaum em um comunicado à imprensa do Instituto Alemão Max Planck de Radioastronomia. "Estudar esta área será fundamental para entender melhor como os buracos negros se fundem com a matéria e lançam jatos relativísticos."

Os autores explicam a oscilação pelo fato de que o gás que cai em um buraco negro aquece até bilhões de graus, ioniza e torna-se turbulento na presença de campos magnéticos. Como o fluxo de matéria é turbulento, o brilho do anel fica oscilando com o tempo.

Os cientistas observam que esta hipótese lança dúvidas sobre alguns modelos teóricos de acréscimo, e mais observações são necessárias para confirmá-la.

“Monitorar a estrutura temporal do M87 com o EHT é um desafio que nos manterá alerta pelos próximos anos. Estamos trabalhando na análise dos dados de 2018 e preparando novas observações em 2021”, conclui Anton Zensus, Diretor do Instituto Max Planck de Radioastronomia e Presidente Fundador do Conselho de Cooperação EHT.

Os autores esperam que a expansão das capacidades do EHT através da adição de novos telescópios permitirá no futuro obter uma imagem mais detalhada da sombra do buraco negro M87 * e do jato mais interno da rádio galáxia M87.