Os cientistas estão fazendo importantes descobertas sobre a primeira imagem captada de um buraco negro. Isso inclui comportamentos consistentes com a teoria de Einstein, mas também uma característica inesperada: um anel muito instável.
Parece que foi há muito tempo, mas conseguimos esta primeira imagem em abril de 2019, quando este incrível registro de um buraco negro supermassivo foi feito.
Claro, não podemos realmente “ver” o buraco negro, porque, como qualquer criança de 6 anos de idade ficará feliz em dizer, os buracos sugam a luz. O que a imagem mostra é um anel assimétrico, conhecido como a sombra do buraco negro, de gás superaquecido girando em torno do horizonte de eventos do buraco negro — aquele limite além do qual a luz não pode escapar.
Este buraco negro em particular, com a massa de 6,5 bilhões de sóis, está localizado a 55 milhões de anos-luz de distância, na galáxia Messier 87, ou simplesmente M87.
O buraco negro, designado M87, foi registrado pelo EHT (Event Horizon Telescope) em abril de 2019, no que foi uma conquista científica histórica. A imagem forneceu uma visão estática do M87, mas uma nova pesquisa publicada esta semana no The Astrophysical Journal mostra que agora é possível estudar mudanças físicas neste buraco negro e em sua área circundante ao longo do tempo.
GIF mostra a evolução do buraco negro conforme o tempo. Crédito: M. Wielgus & the EHT Collaboration
Astrônomos do projeto EHT observaram M87 por um período de uma semana em abril de 2017, o que não lhes deu tempo suficiente para rastrear aspectos dinâmicos do sistema, como mudanças em sua forma. Mas os pesquisadores agora fizeram exatamente isso, estudando dados de arquivos do EHT que remontam a 2009.
“Se você deseja ver um buraco negro evoluir ao longo de uma década, não há coisa melhor do que uma década de dados”, disse Maciek Wielgus, astrônomo do Centro de Astrofísica de Harvard & Smithsonian e principal autor do novo artigo, em um comunicado de imprensa.
O EHT é um grande conjunto de telescópios composto por antenas de rádio estrategicamente posicionadas ao redor do globo. O sistema atingiu plena potência operacional em 2017 e, com antenas em cinco locais diferentes, resultou em uma espécie de “antena parabólica do tamanho da Terra”, conforme descrito pelo Instituto Max Planck de Radioastronomia.
É importante ressaltar, no entanto, que um protótipo inicial do arranjo EHT coletou informações astronômicas importantes enquanto o sistema estava sendo construído. Especificamente, as observações do monstruoso buraco negro foram coletadas entre 2009 e 2012 de três locais e em 2013 de quatro locais.
“Embora essas observações não contenham informações suficientes para produzir imagens, elas são suficientes para restringir modelos geométricos simples”, escreveram os autores do novo estudo. Uma técnica de modelagem estatística, somada a suposições baseadas em informações, permitiu que os pesquisadores mapeassem as mudanças no sistema ao longo do tempo, em um processo que incluiu observações coletadas pelo EHT até 2019.
Como os modelos mostraram, a forma geral dessa coisa permaneceu constante nos últimos 10 anos, o que é uma boa notícia se você é fã de Albert Einstein. O diâmetro fixo da sombra crescente para um buraco deste tamanho bate com uma previsão tirada de sua famosa teoria da relatividade geral.
“Neste estudo, mostramos que a morfologia geral, ou presença de um anel assimétrico, muito provavelmente persiste em escalas de tempo de vários anos”, disse Kazu Akiyama, cientista do MIT e coautor do estudo, no comunicado de imprensa da Harvard & Smithsonian. “Esta é uma confirmação importante das expectativas teóricas, pois a consistência [de múltiplas observações] nos dá mais confiança do que nunca sobre a natureza de M87 e a origem da sombra.”
Deixando esta constância de lado, os astrônomos mostraram uma grande diferença: o anel assimétrico parece estar oscilando em um grau significativo. O formato do anel não mudou na última década, mas ele girou.
“Na verdade, vemos muitas variações lá”, disse Wielgus.
Thomas Krichbaum, astrônomo do MPIfRA e coautor do estudo, disse que a “análise dos dados sugere que a orientação e a estrutura final do anel variam com o tempo”, o que é importante porque fornece uma “primeira impressão sobre a estrutura dinâmica do fluxo de acúmulo, que cerca o horizonte de eventos”, explicou ele em comunicado à imprensa do Instituto Max Planck.
O fluxo de acreção — taxa de fluxo de material em um buraco negro — do M87 parece ser variável. Como os autores especulam, o gás brilhante no anel está em um estado altamente turbulento, resultado de campos magnéticos, e é isso que está causando a mudança de aparência do buraco negro ao longo do tempo. Isso é muito emocionante, porque a “dinâmica dessa oscilação nos permitirá [medir] o fluxo de acreção”, disse Richard Anantua, coautor do estudo, em comunicado.
Com este artigo, agora entramos em uma nova era de estudo das áreas íntimas ao redor dos buracos negros.
Os astrônomos podem rastrear mudanças nesses sistemas exóticos ao longo do tempo e devem ser capazes de estudar não apenas o fluxo de acreção, mas também fenômenos relacionados, como jatos relativísticos. As características físicas dos jatos relativísticos — fluxos de partículas altamente energéticas — são “a chave para compreender as interações com o meio circundante na galáxia hospedeira de um buraco negro”, afirmou Anantua.
As observações do fluxo de acreção também fornecerão outra maneira para os cientistas testarem a relatividade geral, uma teoria que se manteve muito bem até agora.