Buraco negro pode ser a chave para sabermos por que as galáxias se movem

O dia 12 de maio foi marcado pela notícia de que finalmente conseguimos a primeira fotografia do buraco negro no coração da nossa galáxia. Desse modo, a imagem e o círculo de luz ao redor do buraco negro parecem provar o que cientistas já esperavam: a Via Láctea possui um buraco negro gigante, ele está girando e segue a teoria da relatividade de Albert Einstein. No entanto, uma análise mais minuciosa mostrou que algumas coisas não se encaixam.

Por meio da luminosidade da luz, pesquisadores estimaram a rapidez pela qual a matéria está caindo sobre Sagittarius A, o nome que deram ao buraco negro no centro da Via Láctea. Assim sendo, a resposta é que a velocidade é bem baixa.

“Está entupido ao ponto de ser um gotejar”, disse Priya Natarajan, cosmóloga da Universidade de Yale, comparando a galáxia a um chuveiro quebrado. De alguma forma, apenas um milésimo da matéria que está fluindo para a Via Láctea do meio intergaláctico circundante chega até o buraco. “Isso está revelando um grande problema”, disse Natarajan. “Para onde está indo esse gás? O que está acontecendo com o fluxo? Está muito claro que nossa compreensão do crescimento dos buracos negros é suspeita.”

Ao longo dos últimos séculos, cientistas perceberam o quanto a relação entre galáxias e os buracos negros em seus centros é dinâmica e importante. “Houve uma grande transição no campo”, diz Ramesh Narayan, astrofísico teórico da Universidade de Harvard. “A surpresa foi que os buracos negros são importantes como formadores e controladores de como as galáxias evoluem.”

Motores

Esses buracos gigantes, que são concentrações de matéria tão densas que a gravidade impede até a luz de escapar, são como os motores das galáxias. Porém, pesquisadores estão só começando a entender como isso funciona.

A gravidade atrai poeira e gás até o centro da galáxia, onde formam um disco giratório ao redor do buraco negro, aquecendo-se e se tornando um plasma branco e quente. Então, quando o buraco negro engole a matéria, a energia é “cuspida” de volta à galáxia.

“Quando você cria um buraco negro, está produzindo energia e despejando-a no ambiente com mais eficiência do que através de qualquer outro processo que conhecemos na natureza”, disse Eliot Quataert, astrofísico teórico da Universidade de Princeton. Esse feedback afeta as taxas de formação de estrelas e os padrões de fluxo de gás em toda a galáxia.

Imagem do buraco negro

Em maio, o mundo conseguiu ver como é o buraco negro supermassivo e gigante que se posiciona no centro da Via Láctea, que é a galáxia onde nós e todo o sistema solar estamos. No entanto, como conseguiram capturar uma imagem de um buraco negro?

O Event Horizon Telescope (EHT) é o projeto de colaboração internacional responsável pela observação e montagem das imagens. Dessa forma, o projeto é formado por 11 observatórios de rádio, distribuídos em 8 locais diferentes, que geralmente são regiões remotas, de altitude elevada e com uma atmosfera seca. Isso para evitar o efeito de vapor d’água, que atrapalha as observações.

França, Espanha, Groenlândia, Chile, Estados Unidos (Arizona e Havaí), México e Antártica são os locais onde instalaram os instrumentos. Já o número de telescópios pode ser explicado pelo fato de que não existe um único instrumento atual capaz de capturar a imagem de um buraco negro. Vale ressaltar que nem mesmo os mais modernos telescópios disponíveis, como o James Webb, são capazes.

Logo, para observar o Sagitário A ou o buraco negro da galáxia M87, precisamos de uma capacidade de construção de imagem que só é possível quando juntamos vitualmente os telescópios espalhados pela Terra em um único instrumento. Portanto, é como se tivéssemos um telescópio do tamanho do globo.

Assim sendo, ao juntar a potência de cada telescópio individual, temos uma capacidade de resolução que permite a formação das imagens, segundo Rodrigo Nemmen, astrofísico e professor do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da USP.

“Para se ter uma ideia, o EHT conseguiria fazer a imagem, em ondas de rádio, de uma maçã na superfície da Lua”, diz o pesquisador.

Como são feitas as imagens do buraco negro?

Reprodução

A brasileira Lia Medeiros, que participou da colaboração, explica que o funcionamento de um GPS pode ajudar a explicar como o EHT funciona. Isso porque um receptor de GPS, como os presentes em nossos celulares, trabalham com os satélites que orbitam a Terra para identificar a sua localização.

Assim, ele recebe sinais de diferentes satélites e calcula quanto tempo esse sinal levou para chegar até ele. Ao calcular o tempo e, sabendo da localização dos satélites, ele tem a informação sobre onde ele está localizado.

“A gente usa uma técnica bem parecida, porque o que a gente está gravando, na verdade, é o tempo que cada onda de rádio leva para chegar em cada um dos nossos telescópios”, diz a pesquisadora. “Usamos o tempo que cada telescópio detecta a onda para calcular de onde ela veio na imagem”.

“Chama-se essa técnica de interferometria”, explica ela. “A gente usa esses telescópios e eles agem como um time. Todos apontam para o mesmo lugar no céu ao mesmo tempo”.

As ondas de rádio são emitidas pela matéria do plasma, que forma uma espécie de redemoinho de gás extremamente quente que envolve alguns buracos negros, de acordo com Andre Landulfo, professor de Física da UFABC. Dessa forma, o sinal de cada telescópio grava as ondas de rádio que um buraco negro emite, e assim junta esses dados com relógios atômicos.

Cada estação de telescópio na Terra que observa esses sinais faz uma ‘imagem parcial’ de sua perspectiva limitada. Depois, usando técnicas sofisticadas de interferometria e imageamento, tais sinais são combinados formando uma imagem única (‘unindo’ as diversas perspectivas)”.

Fonte: Wired