Actualização 02 de novembro de 2021

A primeira imagem de um buraco negro

Veja na física

O homem sempre precisou de visão para medir fenômenos físicos, mas nossa visão não é eficiente.
O que vemos com nossos olhos é a pequena faixa de vibrações encontradas no espectro eletromagnético entre 380 nanômetros para o roxo e 780 nanômetros para o vermelho. A imagem é construída pelo nosso cérebro.
O comprimento de onda da luz está intimamente ligado ao conceito de cor, mas existem cores que nunca veremos, aquelas localizadas além do roxo e abaixo do vermelho. Portanto, eles nunca serão interpretados por nosso cérebro.
O paradoxo de um buraco negro é que ele não tem cor por definição porque a luz, a matéria e a energia estão presas no buraco negro.
Como os físicos do projeto EHT (Event Horizon Telescope) foram capazes de transformar a informação de um buraco negro supermassivo invisível em luz visível para o olho humano?
Um buraco negro contém todas as informações. É um objeto misterioso cuja superfície não é sólida, nem líquida, nem gasosa, é uma simples fronteira imaterial chamada "horizonte de eventos". Devemos, portanto, inventar uma outra forma de "ver", ou melhor, uma forma de "ver" nada.
Se o buraco negro é invisível, o seu ambiente não o é e é graças a ele que poderemos determinar o horizonte de eventos e, assim, ver a "sombra" do buraco negro.
De acordo com a teoria do buraco negro, a matéria perto do horizonte de eventos é fortemente aquecida por acréscimo antes de ser absorvida pelo monstro e então desaparecer para sempre em seu poço gravitacional.
Mas antes de desaparecer para sempre, a poeira e o gás ao redor, bem como os resíduos de estrelas que antes foram despedaçados pelas forças das marés, emitem radiação característica no domínio das ondas milimétricas (uma luz não visível a olho nu).
Essa radiação pode nos revelar a periferia do buraco negro. A luz milimétrica girando em torno do buraco negro, portanto, nos fornecerá, em contraste, muitas informações sobre o buraco negro (sua força gravitacional, a maneira como deforma o espaço-tempo, os efeitos das lentes gravitacionais, etc.).
Em suma, um buraco negro, embora invisível, "ilumina" à sua maneira a matéria que atrai.

Un agujero negro iluminado por materia

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A imagem ao lado representa um buraco negro iluminado pelo material que ele mesmo aqueceu.
Usando a técnica de interferometria de base muito longa, os astrônomos criaram um telescópio gigante virtual cujo diâmetro é tão grande quanto sua distância (cerca de 10 000 km). Eles combinaram oito radiotelescópios espalhados por nosso planeta (Europa, Chile, Estados Unidos, Havaí e Antártica.
Os alvos em questão eram os dois buracos negros mais "visíveis" da Terra.
O primeiro alvo era Sagitário A * (Sgr A), o buraco negro no centro de nossa Via Láctea, a 26 000 anos-luz de nós, cuja massa é 4,1 milhões de vezes a do Sol. O outro alvo era o buraco negro supermassivo (1 500 vezes Sagitário A * ou 6 bilhões de massas solares), localizado a 50 milhões de anos-luz de distância do coração da gigante galáxia elíptica M87.
As equipes de EHT só tinham uma janela de cerca de duas semanas a cada ano para tentar observações em grupo.
Para construir a imagem de alta resolução, os físicos subsequentemente tiveram que combinar os sinais captados pelas várias antenas na matriz com seus próprios relógios atômicos. Os tempos de chegada dos sinais são precisos até o décimo de bilionésimo de segundo mais próximo. Em seguida, eles compararam e calcularam seu ponto de origem para reconstruir uma imagem global gigantesca. Uma única noite de observação coletou 2 petabytes de dados (2 x 10¹⁵). É possível que nesta montanha de dados se esconda outras informações que nos permitiriam compreender melhor a física muito particular que impera no ambiente próximo aos buracos negros. Em particular, os gigantescos jatos de partículas e radiação que algumas delas projetam no espaço a velocidades próximas à da luz.
Os discos rígidos de dados armazenados na Antártica tiveram que esperar até o final do longo e gelado inverno para serem transportados para o Observatório Haystack do MIT e o Instituto Max Planck em Bonn.
A primeira imagem de um buraco negro que você vê na tela é composta por apenas 33 kb de dados (33 x 10³), um trilhão de vezes mais simples do que os dados coletados.
Para o nosso cérebro, isso é "ver", é uma simplificação exagerada da complexidade da realidade. Uma simples silhueta preta rodeada por um ponto brilhante e borrado é o suficiente para nossa felicidade.

Imagem: Em abril de 2017, as informações da primeira imagem de um buraco negro foram coletadas dos discos rígidos de vários telescópios e transportadas por um avião para o Observatório Haystack em Massachusetts. Em seguida, eles foram processados, comparados e analisados por clusters de supercomputadores e não foi até abril de 2019 que os físicos foram capazes de nos revelar isso halo simples de luz laranja-amarelo, borrado e assimétrico que se destaca contra um fundo preto.
O monstro cósmico, localizado a cerca de 50 milhões de anos-luz da Terra, foi fotografado no centro da galáxia M87, por uma colaboração internacional apelidada de Event Horizon Telescope (EHT).
Crédito da foto: Colaboração EHT

A primeira simulação de um buraco negro

Jean Pierre Luminet em 1978, levando em consideração as complexas distorções que o forte campo gravitacional impressões no espaço-tempo e as trajetórias dos raios de luz que seguem seu quadro, criaram a primeira imagem virtual de um buraco negro (imagem ao lado).
Em sua simulação, o horizonte de eventos se parece com um disco ligeiramente achatado. O campo gravitacional curva os caminhos dos raios de luz com tanta força na vizinhança do buraco negro que a parte traseira do disco é "elevada".
Assim, uma imagem secundária permite ver a outra face do disco de acreção, aquela localizada atrás do buraco negro que assumiu a forma de um fino halo de luz preso ao disco negro central.
Mas a principal característica desta simulação é a diferença de brilho entre as diferentes regiões do disco.

O brilho limpo é maior nas áreas mais próximas do horizonte, pois é aqui que o gás é mais quente. Para um observador distante, o fluxo luminoso recebido é amplificado no lado da imagem onde o gás se aproxima do observador. Como o observador não está estacionário em relação ao buraco negro, isso introduz uma distorção das imagens pelo efeito Doppler.
O buraco negro pode ser animado por um movimento de rotação e gerar uma assimetria, o buraco negro não é mais esférico.
Além disso, o efeito de lente gravitacional causado pelo buraco negro amplifica o tamanho aparente de seu horizonte de eventos.