Astrônomos captam imagem pioneira de buraco negro supermassivo
O buraco negro no interior da galáxia M86, visto na forma de luz polarizada. As linhas marcam a orientação da polarização, que está relacionada ao campo magnético ao redor da sombra do buraco negro. Crédito: © EHT Collaboration
Imagens inéditas obtidas do campo magnético que se forma ao redor de um buraco negro podem explicar como este monstro cósmico é capaz de projetar jatos de energia e matéria que se propagam por mais de 5 mil anos-luz através do espaço.
As novas imagens vêm do primeiro buraco negro já fotografado, que fica no centro de Messier 87, uma gigantesca galáxia de formato elíptico a 55 milhões de anos-luz de distância. Em 2017, uma colaboração internacional de mais de 300 pesquisadores coordenou 11 radiotelescópios ao redor do globo para observar o centro de M87. O telescópio conjunto resultante foi denominado Event Horizon Telescope (EHT). O resultado, lançado em 2019, foi a imagem de um buraco negro cercado por uma “rosquinha” de matéria brilhante.
Agora, uma nova análise dos dados revela que a luz naquele rosquinha brilhante está parcialmente polarizada, o que significa que as ondas de luz vibram em um único plano. Esta é uma característica que mostra que a luz cruzou um espaço quente e magnetizado, e sua presença significa que os pesquisadores podem começar a mapear o campo magnético na borda do buraco negro.
Em dois novos artigos publicados ontem no The Astrophysical Journal, os cientistas descobriram que o campo magnético pode ser forte o suficiente para empurrar para longe matéria que, de outra forma, cairia irremediavelmente no raio do horizonte de eventos do buraco negro. O resultado: um fluxo de matéria e energia que sai do buraco negro e da galáxia ao redor como um holofote.
“Muitas pessoas trabalharam por muito tempo estudando como os campos magnéticos fazem com que o gás caia nos buracos negros, e como os buracos negros disparam esses jatos. Agora estamos prontos para começar a testar essas teorias diretamente com imagens polarizadas de buracos negros”, disse Jason Dexter, astrofísico da Universidade do Colorado e coordenador do grupo de pesquisa teórica do EHT.
Luz polarizada
Para criar os novos mapas de campo magnético, os pesquisadores tiveram que identificar o sinal de polarização em meio a um conjunto de dados muito confuso. A luz polarizada é apenas uma parte da radiação geral que existe em torno de um buraco negro. Ela é o efeito de partículas de matéria se deslocando a velocidades muito altas e interagindo, o que gera energia e um sinal. Além disso, a equipe de pesquisa também teve que separar o sinal desse campo magnético dos possíveis erros introduzidos pela atmosfera da Terra em 11 telescópios diferentes, e pela instrumentação interna desses telescópios.
“Desenterrar aqueles sinais relativamente mais fracos e contabilizar erros maiores foi um esforço imenso”, disse Dexter ao Live Science.
Inicialmente, parecia que apenas 1% a 3% da luz ao redor do buraco negro estava polarizada. Mas à medida que os pesquisadores ampliaram a fração polarizada, eles perceberam que entre 10% e 20% do anel brilhante estava polarizado. Ao fazer a média de todos os dados, Dexter disse, a luz polarizada viajando em uma direção “cancelou” a luz polarizada viajando na direção oposta, por isso a proporção de luz polarizada parecia artificialmente baixa.
O magnetismo resulta da circulação do gás aquecido ao redor do buraco negro. Conforme as partículas de gás carregadas giram, elas fortalecem o campo magnético. Mas os pesquisadores descobriram que nem todo o campo magnético simplesmente gira acompanhando o gás em espiral.
“Não vemos o mesmo mapa de polarização e imagem que esperaríamos se os campos magnéticos estivessem apenas envolvendo o buraco negro de serem arrastados junto com o gás”, disse Dexter. “[O campo] é forte porque pode resistir a ser arrastado junto com o gás enquanto gira em torno do buraco negro.”
A fuga do buraco negro
Os astrofísicos há muito suspeitam que os campos magnéticos ao redor dos buracos negros desempenham um papel tanto no crescimento deles quanto na expulsão de matéria e energia, que ocorre na forma de enormes jatos. Os astrofísicos foram capazes de medir os campos magnéticos dentro dos jatos, mas esta é a primeira vez que eles conseguiram observar diretamente o campo na base dos jatos.
“O principal aqui é tentar entender como o campo está estruturado quando se aproxima do buraco negro”, diz Dexter.
Dexter e seus colegas tentaram combinar diferentes tipos de campos com os dados do EHT usando modelos de computador. Eles descobriram que os campos que combinavam com os dados do M87 tendiam a produzir jatos fortes.
“Há muita coisa que não sabemos e devemos ter cautela, mas é um sinal interessante de que talvez os campos magnéticos desempenhem um papel ativo no crescimento de buracos negros e no lançamento de jatos”, disse ele.
As futuras observações do buraco negro no coração da galáxia M87 ajudarão a resolver este mistério, já que quaisquer flutuações ao longo do tempo permitirão aos pesquisadores construir mapas mais detalhados dos campos magnéticos. Mais observações também os ajudarão a eliminar distorções dos dados, fornecendo uma imagem mais clara. E é possível que o EHT venha a observar futuramente o buraco negro que existe no centro da nossa própria galáxia, a Via Láctea, disse Dexter.
“É um resultado muito emocionante aprender mais sobre a imagem do buraco negro e as propriedades físicas por trás da imagem do buraco negro no M87”, disse ele. “É apenas o começo.”
Stepanhie Pappas. Publicado originalmente em LiveScience
Publicado em 25/03/2021