Novas provas da Relatividade Geral reveladas através da sombra do buraco negro de M87*
Este resultado representa os primeiros esforços para explorar os muitos anos adicionais de dados que foram recolhidos desde as primeiras observações em 2017.
A colaboração Event Horizon Telescope (EHT) publicou novas imagens de M87*, o buraco negro supermassivo no centro da galáxia Messier 87, utilizando dados de observações realizadas em abril de 2018.
Com a participação do recém-comissionado Telescópio da Gronelândia e uma taxa de registo dramaticamente melhorada em toda a matriz, as observações de 2018 dão-nos uma visão da fonte independente das primeiras observações em 2017.
Um artigo recente publicado na revista Astronomy & Astrophysics apresenta novas imagens dos dados de 2018 que revelam um anel familiar do mesmo tamanho que o observado em 2017.
Este anel brilhante rodeia uma depressão central profunda, "a sombra do buraco negro", tal como previsto pela relatividade geral. Curiosamente, o pico de brilho do anel deslocou-se cerca de 30° em comparação com as imagens de 2017, o que é consistente com a nossa compreensão teórica da variabilidade do material turbulento em torno dos buracos negros.
A primeira imagem direta da história
Em 2017, o EHT captou a primeira imagem de um buraco negro. Este objeto, M87*, é o coração pulsante da galáxia elíptica gigante Messier 87 e vive a 55 milhões de anos-luz da Terra. A imagem do buraco negro revelou um anel circular brilhante, mais brilhante na parte sul do anel.
Uma análise mais detalhada dos dados revelou também a estrutura do M87* em luz polarizada, o que nos oferece uma melhor compreensão sobre a geometria do campo magnético e a natureza do plasma em torno do buraco negro.
A nova era de imagens directas de buracos negros, liderada pela análise extensiva das observações de M87* em 2017, abriu uma nova janela que nos permitiu investigar a astrofísica dos buracos negros e testar a teoria da relatividade geral a um nível fundamental.
Os modelos teóricos dizem-nos que o estado do material em torno de M87* não deveria estar correlacionado entre 2017 e 2018. Por conseguinte, as observações múltiplas de M87* ajudar-nos-ão a impor restrições independentes sobre a estrutura do plasma e do campo magnético em torno do buraco negro e a desvendar a complicada astrofísica dos efeitos da relatividade geral.
Uma colaboração mundial
Para ajudar a alcançar uma ciência nova e excitante, o EHT está em contínuo desenvolvimento. O Telescópio da Gronelândia juntou-se ao EHT pela primeira vez em 2018, apenas cinco meses após a conclusão da sua construção, muito acima do Círculo Polar Ártico.
Este novo telescópio melhorou significativamente a fidelidade da imagem da matriz EHT, melhorando a cobertura, particularmente na direção norte-sul. O Grande Telescópio Milimétrico também participou pela primeira vez com toda a sua superfície de 50 m, melhorando consideravelmente a sua sensibilidade.
Disse Rohan Dahale, candidato a Doutoramento no Instituto de Astrofísica da Andaluzia (IAA-CSIC), em Espanha. Dahale afirmou também que "A inclusão do Telescópio da Gronelândia no nosso conjunto preencheu as lacunas do telescópio".
As observações repetidas são essenciais para demonstrar a robustez dos resultados. Para além da ciência inovadora, o EHT serve também de banco de ensaio tecnológico para desenvolvimentos de ponta em interferometria de rádio de alta frequência.
Novos dados
A análise dos dados de 2018 apresenta oito técnicas independentes de imagem e modelação, incluindo métodos utilizados na análise anterior de 2017 de M87* e novos métodos desenvolvidos a partir da experiência da colaboração na análise de Sgr A*.
A imagem de M87* obtida em 2018 é notavelmente semelhante à que vimos em 2017. Vemos um anel brilhante do mesmo tamanho, com uma região central escura e um lado do anel mais brilhante do que o outro. Uma das propriedades notáveis de um buraco negro é o facto de o seu raio ser altamente dependente de uma única quantidade: a sua massa.
A massa e a distância do M87* não aumentarão consideravelmente ao longo da vida humana, pelo que a relatividade geral prevê que o diâmetro do anel deverá permanecer o mesmo de ano para ano. A estabilidade do diâmetro medida nas imagens de 2017 para 2018 apoia fortemente a conclusão de que M87* está bem descrito pela relatividade geral.
Embora o tamanho da sombra do buraco negro não tenha mudado entre 2017 e 2018, a localização da região mais brilhante à volta do anel mudou significativamente. A região brilhante rodou cerca de 30° no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio para se fixar na parte inferior direita do anel, aproximadamente na posição das 5 horas.
As observações de M87* com menos telescópios indicaram que a estrutura da sombra muda anualmente mas com menos precisão, e o eixo de rotação do buraco negro previsto a partir da localização da região mais brilhante à volta do anel é mais consistente com o eixo do jato visto noutros comprimentos de onda.
Para além de 2017 e 2018, o EHT fez observações bem sucedidas em 2021 e 2022 e está programado para fazer observações na primeira metade de 2024. Todos os anos, o conjunto EHT tem melhorado de alguma forma, quer através da adição de novos telescópios ou melhor hardware, quer através de frequências de observação adicionais.