Próximas imagens de buracos negros serão nítidas e de alta resolução

Redação do Site Inovação Tecnológica - 19/03/2020

Um buraco negro possui um anel brilhante em torno de uma "sombra" do interior do seu horizonte de eventos. Esse anel é composto por uma pilha de anéis cada vez mais nítidos que correspondem ao número de órbitas que os fótons fazem antes de escapar rumo ao observador.
[Imagem: CfA/Harvard & Smithsonian]

Realidade e fantasia dos buracos negros

Quando os astrônomos capturaram a primeira imagem de um buraco negro, há cerca de um ano, houve muita comemoração entre os cientistas, mas também houve um quê de decepção no público.

Afinal, esse mesmo público já havia visto imagens muito mais belas no cinema, quando o filme Interestelar foi lançado com grande ênfase no fato de que o buraco negro Gargântua havia sido idealizado com base no melhor saber científico da época.

Embora todos estejam bem cientes de que a fantasia do cinema e o melhor saber científico são coisas bem diferentes, é preciso fazer justiça ao trabalho realizado pela equipe do Telescópio Horizonte de Eventos (EHT): Aquela primeira imagem de um buraco negro é o melhor que se pôde obter não apenas com os instrumentos reais disponíveis, mas também com as melhores teorias e modelos disponíveis, que são essenciais para que os dados coletados pelos telescópios sejam transformados em imagens.

Anéis de fótons

É aí que entra o trabalho recém-publicado de Michael Johnson e um time de pesquisadores de várias instituições norte-americanas.

Eles fizeram novos cálculos que permitem transformar os raios de luz que nos chegam do entorno de um buraco negro e interpretá-los para criar uma imagem mais fidedigna, mais próxima a como a singularidade se pareceria se pudéssemos observá-la da nossa janela.

Como os buracos negros capturam todos os fótons que cruzam seu horizonte de eventos, eles lançam uma sombra em sua brilhante emissão circundante do gás quente. Assim, essa sombra é circundada por um "anel de fótons", produzido a partir da luz que é concentrada pela forte gravidade próxima ao buraco negro mas que não ultrapassa o horizonte de eventos.

Esse anel de fótons carrega a impressão digital do buraco negro - seu tamanho e forma codificam a massa e a rotação do buraco negro.

A imagem resultante, gerada por simulação, mostra que é possível fazer uma fotografia de um buraco negro bem mais bonita do que a primeira imagem publicada no ano passado, mas também mostra que a arte do cinema talvez tenha enfeitado um pouco o Gargântua.

"A imagem de um buraco negro na verdade contém uma série de anéis aninhados. Cada anel sucessivo tem aproximadamente o mesmo diâmetro, mas se torna cada vez mais nítido porque sua luz orbita o buraco negro mais vezes antes de atingir o observador. Com a atual imagem do EHT, nós captamos apenas um vislumbre de toda a complexidade que deve surgir na imagem de qualquer buraco negro," disse Johnson.

A nova técnica interpreta a luz que chega ao buraco negro de diversos ângulos, e como ela se comporta antes de rumar ao observador. Cada fonte de luz gera uma camada. Juntas, todas as camadas formam a imagem do buraco negro.
[Imagem: Michael D. Johnson (CfA)/George Wong (UIUC)]

Melhores imagens dos buracos negros

As simulações representam uma nova ferramenta para que os astrônomos produzam as imagens dos buracos negros a partir de seus dados observacionais, sendo que eles poderão fazer isso em uma resolução muito maior do que era possível até agora. Outro ganho inesperado foi a simplificação do aparato observacional.

"O que realmente nos surpreendeu foi que, enquanto os subanéis aninhados são quase imperceptíveis a olho nu nas imagens - mesmo imagens perfeitas - eles são sinais fortes e claros para conjuntos de telescópios chamados interferômetros," disse Johnson. "Embora a captura de imagens de buracos negros normalmente exija muitos telescópios distribuídos, os subanéis são perfeitos para se estudar usando apenas dois telescópios que estejam muito distantes um do outro. Adicionar um telescópio espacial ao EHT seria suficiente."

Bibliografia:

Artigo: Universal interferometric signatures of a black hole’s photon ring
Autores: Michael D. Johnson, Alexandru Lupsasca, Andrew Strominger, George N. Wong, Shahar Hadar, Daniel Kapec, Ramesh Narayan, Andrew Chael, Charles F. Gammie, Peter Galison, Daniel C. M. Palumbo, Sheperd S. Doeleman, Lindy Blackburn, Maciek Wielgus, Dominic W. Pesce, Joseph R. Farah, James M. Moran
Revista: Science Advances
Vol.: 6, no. 12, eaaz1310
DOI: 10.1126/sciadv.aaz1310