Este telescópio global pode finalmente ver o horizonte de eventos do buraco negro gigante da nossa galáxia

Este telescópio global pode finalmente ver o horizonte de eventos do buraco negro gigante da nossa galáxia

Por Daniel CleryMar. 2, 2017, 9:00

No ano passado, os pesquisadores "ouviram" buracos negros pela primeira vez, quando detectaram as ondas gravitacionais desencadeadas quando dois deles colidiram e se fundiram. Agora, eles querem ver um buraco negro, ou pelo menos sua silhueta. No mês que vem, os astrônomos usarão radiotelescópios em todo o mundo para criar o equivalente a um único prato de abrangência da Terra - um instrumento poderoso o suficiente, eles esperam, para imaginar buracos negros iluminados pelo gás incandescente que os rodeia. Seus alvos são o buraco negro supermassivo no coração da nossa Via Láctea, conhecido como Sagitário A * (Sgr A *), e um buraco ainda maior na galáxia vizinha M87.

Observações anteriores usando este Event Horizon Telescope (EHT) sem toda a sua lista de pratos produziram resultados tentadores, mas em imagens os dois buracos negros permaneceram bolhas inexpressivas. Este ano, pela primeira vez, o EHT adicionará pratos no Chile e na Antártica, aprimorando sua resolução e elevando as expectativas. Os astrônomos agora esperam ver como os buracos negros lançam o gás quente ao seu redor em discos de acúmulo e geram jatos que lançam matéria. Eles também esperam mapear o tamanho e a forma do horizonte de eventos - a fronteira do buraco negro - para testar se a teoria da gravidade de Albert Einstein, a relatividade geral, ainda funciona em condições tão extremas.

"É um experimento muito ousado e corajoso", diz o astrofísico teórico Roger Blandford, da Universidade Stanford, em Palo Alto, Califórnia, que não está envolvido no projeto. Blandford acredita que o EHT pode não apenas mostrar como funcionam os buracos negros, mas também entregar uma mensagem mais fundamental. "Validará essa proposição notável: que buracos negros são comuns no universo. Ver é acreditar".

O EHT mira apenas uma vez por ano, quando é provável o bom tempo, quando ambos os buracos negros são visíveis no céu e quando é possível obter tempo em todos os observatórios ao redor do mundo. Este ano, a equipe observará por 5 noites, durante uma janela de 10 noites, de 5 a 14 de abril. Então, um esforço intensivo de processamento de dados começa e pode levar um ano para que eles saibam se foram bem-sucedidos. "É um exercício de gratificação atrasada. A gratificação atrasada ao quadrado", diz o diretor da EHT Shep Doeleman no Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian em Cambridge, Massachusetts.

Imaginar buracos negros é um desafio formidável, e não apenas porque sua intensa gravidade impede que mesmo a luz escape. Eles também são surpreendentemente pequenos. O Sgr A * é calculado para conter a massa de 4 milhões de sóis, com base nas nervosas órbitas de alta velocidade das estrelas em sua aderência gravitacional. Mas seu horizonte de eventos, o ponto de não retorno para qualquer coisa que se aproxima de um buraco negro, tem 24 milhões de quilômetros de diâmetro, apenas 17 vezes mais largo que o sol. Ver algo tão pequeno a 26.000 anos-luz de distância requer um telescópio de dimensões globais.

Nos comprimentos de onda ópticos, o Sgr A * é oculto pelo manto de poeira e gás que obscurece o coração da galáxia. As ondas de rádio podem passar com mais facilidade, mas as antenas de rádio comuns ainda são dificultadas pelas nuvens de gás ionizado e baixa resolução. Os melhores são telescópios sensíveis às ondas de rádio mais curtas, mas as antenas, detectores e tecnologia de processamento de dados para essa parte do espectro foram desenvolvidas apenas nas últimas décadas. "Existe apenas uma pequena janela onde podemos ver o horizonte de eventos", diz Heino Falcke, astrofísico da Universidade Radboud em Nijmegen, na Holanda, e presidente do conselho de ciência da EHT. "A Via Láctea é como um copo leitoso."

Um tiro no escuro

O Event Horizon Telescope agora combina oito observatórios de rádio de ondas milimétricas em um telescópio global. Quanto mais afastados, melhor a resolução.

CRÉDITOS: (GRÁFICO) ADAPTADOS POR A. CUADRA / CIÊNCIA; (DADOS) TELESCÓPIO DO HORIZONTE DO EVENTO

No início desta década, Doeleman e outros pesquisadores da EHT começaram a testar a idéia com pratos sensíveis ao milímetro no Havaí, Califórnia e Arizona. Mais tarde, eles estenderam a matriz para incluir o Telescópio Grande Milímetro no México. Ao longo do caminho, eles obtiveram uma imagem suficientemente boa do buraco negro no M87 para ver a base de seus jatos que expelem matéria - dados que os ajudam a entender como os jatos são criados. Em 2015, eles vislumbraram o campo magnético em torno de Sgr A *, o que pode ajudar a explicar como os buracos negros aquecem o material ao seu redor.

Mas para ver o próprio horizonte de eventos, o EHT teve que crescer ainda mais. Ao longo dos anos, evoluiu de um grupo frouxo e mal financiado para uma colaboração mundial envolvendo 30 instituições em 12 países. No próximo mês, incluirá adições distantes, incluindo o prato IRAM na Espanha, o telescópio do pólo sul e o Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), um grande observatório internacional que compreende 66 pratos no norte do Chile. Com sua enorme área de prato, o ALMA é o grande problema, porque aumenta a sensibilidade do EHT em uma ordem de magnitude. "Essa é a chave para nós", diz Doeleman.

Adicionar novos instrumentos não é simples. A técnica para combinar sinais de pratos distantes é conhecida como interferometria de linha de base muito longa, e a maioria dos telescópios de ondas milimétricas não está equipada para participar. Os pesquisadores da EHT tiveram que visitar cada instalação para mexer com seu hardware e instalar novos processadores de sinais digitais e gravadores de dados. No caso do ALMA, isso levou um pouco de persuasão. "Tivemos que entrar no intestino do ALMA e religá-lo", diz Doeleman. "Exigiu adesão política em todos os níveis".

A campanha no próximo mês será um momento nervoso para a equipe do EHT. Todos os oito observatórios precisam de céu limpo e sem falhas técnicas para obter as melhores observações possíveis. "Na primeira vez, as coisas podem dar errado", diz Falcke. Os volumes de dados serão tão grandes que precisam ser gravados em discos rígidos e enviados de volta ao Observatório Haystack, em Westford, Massachusetts, e ao Instituto Max Planck de Radioastronomia, em Bonn, na Alemanha, para processamento. Lá, dispositivos conhecidos como correlacionadores, feitos a partir de grupos de PCs, mas com o poder de supercomputadores, passam meses analisando os dados, combinando os sinais de pratos separados como se fossem de um único prato tão largo quanto a Terra. Adicionando mais atraso, os dados do telescópio do Polo Sul não chegarão até setembro ou outubro, quando os aviões poderão recuperar os discos rígidos após o inverno antártico.

Quando os dados finalmente se juntarem no próximo ano, a equipe espera ver um brilhante anel de luz de fótons orbitando próximo ao horizonte de eventos, com um disco escuro no centro. O anel deve ser mais brilhante de um lado, onde a rotação do buraco negro aumenta os fótons, embora as imagens nesta primeira tentativa possam não ser tão nítidas quanto as simulações da equipe. "Provavelmente será uma imagem de baixa qualidade, mas cientificamente será muito interessante", diz Falcke.

Doeleman espera ver a estrutura girando em torno do horizonte de eventos e assistir, como se movesse, o gás cair nele e desaparecer. Tais observações podem ajudar a explicar por que alguns buracos negros devoram a matéria e brilham intensamente, enquanto outros, como Sgr A *, parecem estar em uma dieta de fome. Falcke tem um desejo mais simples. "O horizonte de eventos é o que define um buraco negro", diz ele. "Espero vê-lo; literalmente."