Telescópio captura imagem inédita de buraco negro expelindo radiação

Uma rede mundial de telescópios produziu uma imagem de um jato de ondas de rádio que parece explodir do centro de um buraco negro supermassivo a mais de 15 vezes a velocidade da luz.

Há um ano, cientistas de observatórios de todo o mundo se uniram para produzir a primeira imagem da sombra de um buraco negro. Mas a colaboração do Event Horizon Telescope pode produzir mais do que apenas uma imagem de uma rosquinha cósmica.

Durante sua observação de abril de 2017, ele também tirou uma imagem de um blazar — um buraco negro supermassivo que expele um jato de radiação na direção da Terra, permitindo que os astrônomos examinem o interior e visualizem o jato de rádio em uma resolução ainda melhor.

Compreender esses jatos de buraco negro e como eles se formam é de importância central para os astrofísicos hoje em dia, e uma maneira popular de estudá-los é a interferometria de linha de base muito longa (VLBI na sigla em inglês).

A VLBI é um método que combina as observações de radiotelescópios localizados em todo o mundo — criando efetivamente um telescópio muito maior — para aumentar a resolução geral com a qual eles conseguem distinguir objetos distantes. Cada telescópio registra a radiação proveniente de uma fonte e a hora exata em que ela chegou. Os algoritmos de computador combinam e, de certa forma, concentram os dados em uma imagem de alta resolução.

O uso mais famoso da VLBI veio do Event Horizon Telescope, um esforço mundial para criar uma imagem do círculo escuro no centro de um buraco negro. Oito radiotelescópios coletaram dados por duas semanas em 2017, e a colaboração apresentou a imagem do centro da galáxia M87 em abril passado — um clássico instantâneo da astronomia.

Embora a imagem do M87 tenha ajudado os cientistas a entender melhor a formação de jatos, ela não fez diretamente a ligação do buraco negro ao seu jato, de acordo com o estudo publicado nesta terça-feira (7) na Astronomy and Astrophysics. Mas eles também observaram outros alvos, incluindo uma fonte brilhante de ondas de rádio chamada blazar 3C 279, a bilhões de anos-luz de distância.

Nesta terça-feira (7), os cientistas divulgaram os resultados de sua análise do 3C 279, liderada por Jae-Young Kim, do Instituto Max Planck de Radioastronomia na Alemanha. O EHT capturou imagens do objeto nos dias 5, 6, 10 e 11 de abril de 2017, e os cientistas nos anos seguintes trabalharam para combinar as observações para combinar e analisar os dados reais.

Essas observações registraram o jato com resolução de meio ano-luz. A estrutura parecia torcida em sua base e tinha componentes subestruturais menores movendo-se perpendicularmente ao nosso campo de visão. Ela até mudou ao longo dos poucos dias da janela de observação. Dois dos componentes do jato pareciam estar se movendo mais rápido que a velocidade da luz — 15 e 20 vezes, para ser mais preciso.

Eles não estão realmente se movendo mais rápido que a velocidade da luz; eles apenas aparentam estar fazendo isso no céu, um efeito que eu explico aqui. Juntas, as observações sugerem que o jato poderia ser uma emissão dobrada ou rotativa de ondas de choque produzidas por instabilidades em seu plasma.

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Uma física que não participou do estudo, Konstancja Satalecka, pesquisadora de pós-doutorado da DESY na Alemanha, disse ao Gizmodo que as medidas são convincentes por si só, mas serão ainda mais emocionantes quando combinadas com outros comprimentos de onda de radiação, como raios gama. As emissões de raios gama dos jatos estão associadas à formação de novos recursos e também podem ser correlacionadas com explosões mais misteriosas, como neutrinos e raios cósmicos.

“Como as observações do EHT foram feitas durante um período em que o 3C 279 mostrou alta variabilidade nos raios gama, estou realmente empolgado com a publicação subsequente, na qual os dados de múltiplos comprimentos de onda serão usados ​​para modelar os processos no jato”, disse ela ao Gizmodo em um email. “Espero que possamos identificar a localização da região de emissão de raios gama e aprender mais sobre os mecanismos de aceleração e emissão responsáveis ​​por sua produção.”

Este jato é apenas um exemplo, explicou Satalecka, de uma família de objetos que podem mostrar grandes variações. Isso significa que os resultados aqui não podem ser generalizados para outros núcleos galácticos ativos — isto é, galáxias cujos centros também estão emitindo radiação. Ainda assim, é um passo para entender como esses jatos se formam.

Os cientistas continuam analisando os dados de abril de 2017 e esperam produzir uma imagem ou até mesmo um vídeo do buraco negro central da nossa galáxia. A pandemia de COVID-19 suspendeu a observação do EHT deste mês, então os cientistas estão trabalhando para analisar mais os dados obtidos em 2017 e 2018. Uma observação ampliada, com 11 observatórios, está prevista para março de 2021.