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.

Comparação da sombra do buraco negro M87 de 2017 e 2018. Crédito EHT

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.

Avançar nos esforços científicos requer uma melhoria contínua na qualidade dos dados e nas técnicas de análise

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.

Telescópio do Horizonte de Eventos. Crédito NRAO

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.