Em abril de 2019, o mundo ficou maravilhado, mesmo que apenas por um momento, com um vazio sinistro rodeado por um círculo de luz. Foi a primeira imagem direta de um buraco negro; mais especificamente, um abismo gravitacional supermassivo no centro de Messier 87, uma galáxia na constelação de Virgem a cerca de 54 milhões de anos-luz da Terra.
Agora, uma vasta colaboração internacional de cientistas examinou esses dados mais extensivamente e, após eliminar o ruído, divulgou a primeira imagem polarizada do buraco negro, revelando a estrutura de seus campos magnéticos.
A pesquisa foi publicada nesta quarta-feira em dois artigos no Astrophysical Journal Letters. Os documentos descrevem a configuração observacional da equipe e as implicações dos resultados para a compreensão das interpretações teóricas do buraco negro no centro de M87. O buraco é um blazar, o que significa que tem um jato de energia e partículas subatômicas saindo de seu disco de acreção quase à velocidade da luz. As características do jato são definidas pelos campos magnéticos que o cercam, portanto, entender a estrutura desses campos oferece pistas para a questão mais enigmática da física do jato.
“Se agora olharmos para a imagem, vemos como esses vetores polarizados se comportam, então podemos deduzir a geometria do campo magnético a partir disso”, disse o coautor Maciek Wielgus, astrofísico do Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, em uma videochamada. “Isso é extremamente interessante para nós, do ponto de vista da física do jato, porque sabemos o que precisamos ter para que nossos modelos teóricos de ejeção do jato funcionem.”
A galáxia Messier 87 (centro), que contém o buraco negro fotografado pelo Event Horizon Telescope. Imagem: Observatório Europeu do Sul.
Você pode achar que a nova imagem parece muito semelhante à imagem original, mas com um pouco mais de redemoinho no disco de acreção (todo o material que se acumula ao redor de um buraco negro). O que a nova imagem descreve, porém, é um detalhe mais específico do buraco negro. A vista anterior mostrava a luz total do núcleo plasmoide do M87.
Quando um buraco negro tem campos magnéticos fracos, o plasma arrasta os campos em um padrão circular e as ondas de luz oscilam perpendicularmente a eles, como se não fossem afetados pelos campos. Mas quando os campos magnéticos são fortes, o padrão polarizado das ondas de luz parece diferente. E se estiver em algum lugar entre essas intensidades de campo, a luz polarizada emitida assume uma forma mais espiral.
“O que esta pesquisa mostra é que a imagem projetada do fluxo de acreção interno do M87 muito perto do buraco negro parece simétrica em anel ou azimutal”, disse o coautor Richard Anantua, astrofísico do Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, na mesma videochamada. “Com esta estrutura de campo magnético vertical, está dizendo a você que os campos magnéticos não estão apenas flácidos e fracos acompanhando o resto do fluxo de acreção…os campos magnéticos são a estrutura chave nos jatos relativísticos.”
O Event Horizon Telescope não é um telescópio tradicional. É o termo unificado para um número crescente de observatórios espalhados por quatro continentes, cronometrados usando relógios atômicos, olhando para o espaço juntos.
Ao criar efetivamente um telescópio combinado do tamanho da própria Terra, podemos nos envolver em um método de investigação cosmológica chamado interferometria de linha de base muito longa. A matemática é complicada, mas essencialmente, todos os diferentes observatórios olham para um objeto e então explicam as diferenças mínimas na chegada da luz a cada prato para medir o objeto. Conforme o planeta gira, mais observatórios coletam dados e podem conectar essas informações com o que já foi registrado. Quanto mais dados eles obtêm, mais nítida se torna a imagem de um buraco negro.
Wielgus disse que o “Santo Graal” daqui para frente seria ver melhor o funcionamento mais interno do núcleo do M87; especificamente, as condições em grande escala que formaram um enorme jato de plasma, ejetaram-no, colimaram-no e aceleraram-no. Atualmente, há muito ruído na imagem — e nos dados por trás dela — para ver algo mais, como a forma que uma imagem superexposta pode mostrar apenas os objetos mais contrastantes. Com mais telescópios no conjunto do Event Horizon Telescope, a equipe será capaz de ver como a geometria do campo magnético muda, é alterada e dá forma ao jato emitido do núcleo galáctico.
“Há um ditado que diz que os campos magnéticos são preguiçosos porque não exercem trabalho. Os campos magnéticos não exercem forças magnéticas paralelas a eles. Eles exercem forças magnéticas perpendiculares a eles”, disse Anantua. “Pela definição de trabalho, se sua força é perpendicular à direção de fazer algo, ela não está fazendo nenhum trabalho. Mas os campos magnéticos são na verdade tão excepcionalmente preguiçosos que eles simplesmente funcionam em torno disso, e apenas usam o buraco negro para fazer o trabalho por eles.”
Os buracos negros, longe de serem um grande nada, são na verdade um palco para fenômenos físicos notáveis, um local onde forças invisíveis disparam raios mais longos do que qualquer distância que você já conheceu no cosmos, aparentemente desafiando a famosa gravidade inescapável do buraco.
“Este é um canhão magnético ferroviário”, disse Maciek, “onde a fonte de energia é a energia rotacional do buraco negro”.