Medeiros et al. / Event Horizon Telescope Collaboration
Buraco negro da galáxia M87
Uma equipa de astrofísicos, liderada por investigadores do Institute for Advanced Study, desenvolveu uma técnica inovadora para procurar ecos de luz de buracos negros.
O seu novo método, que facilitará a medição da massa e da rotação dos buracos negros, representa um grande passo em frente, uma vez que funciona independentemente de muitas das outras formas através das quais os cientistas sondaram estes parâmetros no passado.
A investigação, publicada na revista The Astrophysical Journal Letters, introduz um método que poderá fornecer evidências diretas de que os fotões circulam em torno dos buracos negros devido a um efeito conhecido como “lente gravitacional“.
Uma lente gravitacional ocorre quando a luz passa perto de um buraco negro e a sua trajetória é distorcida pelo forte campo gravitacional do buraco negro.
O efeito permite que a luz siga vários percursos desde uma fonte até um observador na Terra: alguns raios de luz podem seguir uma rota direta, enquanto outros podem dar a volta ao buraco negro uma vez – ou várias – antes de chegar a nós. Isto significa que a luz da mesma fonte pode chegar em alturas diferentes, resultando num “eco”.
“O facto da luz circular à volta dos buracos negros, causando ecos, é uma teoria que existe há anos, mas esses ecos ainda não foram medidos”, afirma o autor principal do estudo, George N. Wong, membro da Escola de Ciências Naturais do Instituto e investigador na Universidade de Princeton.
“O nosso método fornece um plano para efetuar estas medições, que poderão revolucionar a nossa compreensão da física dos buracos negros”, acrescenta.
A técnica permite que as fracas assinaturas de eco sejam isoladas da luz direta mais forte captada por telescópios interferométricos bem conhecidos, como o EHT (Event Horizon Telescope).
Tanto Wong como uma das suas coautoras, Lia Medeiros, professora na Escola de Ciências Naturais do Instituto e bolseira Einstein da NASA na Universidade de Princeton, trabalharam extensivamente como parte da Colaboração EHT.
Para testar a sua técnica, Wong e Medeiros, em conjunto com James Stone, da Escola de Ciências Naturais, e Alejandro Cárdenas-Avendaño, do Laboratório Nacional de Los Alamos e anteriormente associado à Universidade de Princeton, efetuaram simulações de alta resolução que tiraram dezenas de milhares de “instantâneos” de luz a viajar à volta de um buraco negro supermassivo semelhante ao que se encontra no centro da galáxia M87 (M87*), que se situa a cerca de 55 milhões de anos-luz da Terra.
Utilizando estas simulações, a equipa demonstrou que o seu método podia inferir diretamente o período de atraso do eco nos dados simulados. Acreditam que a sua técnica será aplicável a outros buracos negros, para além de M87*.
“Este método não só poderá confirmar quando a luz que orbita um buraco negro foi medida, mas também fornecerá uma nova ferramenta para medir as propriedades fundamentais do buraco negro”, explica Medeiros.
Compreender estas propriedades é importante. “Os buracos negros desempenham um papel significativo na evolução do Universo”, afirma Wong.
“Embora nos concentremos frequentemente na forma como os buracos negros puxam as coisas para dentro, eles também expelem grandes quantidades de energia para o seu ambiente”, acrescenta o investigador.
“Os buracos negros desempenham um papel importante no desenvolvimento das galáxias, afetando como, quando e onde se formam as estrelas e ajudando a determinar como a estrutura da própria galáxia evolui“, salienta Wong.
“Conhecer a distribuição da massa e da rotação dos buracos negros, e a forma como essa distribuição se altera ao longo do tempo, melhora muito a nossa compreensão do Universo”, conclui o astrónomo.
Medir a massa ou a rotação de um buraco negro é complicado. A natureza do disco de acreção, nomeadamente a estrutura giratória de gás quente e outra matéria que espirala para dentro em direção a um buraco negro, pode “confundir” a medição, observa Wong.
No entanto, os ecos de luz fornecem uma medição independente da massa e da rotação, e a existência de múltiplas medições permite-nos produzir uma estimativa para esses parâmetros “em que podemos realmente acreditar”, afirma Medeiros.
A deteção de ecos de luz poderá também permitir aos cientistas testar melhor as teorias da gravidade de Albert Einstein.
Usando esta técnica, podemos encontrar coisas que nos fazem pensar “ei, isto é estranho!“, diz Lia Medeiros. “A análise desses dados pode ajudar-nos a verificar se os buracos negros são de facto consistentes com a relatividade geral”, salienta a astofísica brasileira.
Os resultados da equipa sugerem que pode ser possível detetar ecos com um par de telescópios – um na Terra e outro no espaço – trabalhando em conjunto para realizar o que pode ser descrito como “interferometria de longa linha de base”.
Uma tal missão interferométrica só precisa de ser “modesta”, afirma Wong. A sua técnica fornece um método prático e viável para recolher informações importantes e fiáveis sobre os buracos negros.
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