ASTRÓNOMOS OBSERVAM CAMPOS MAGNÉTICOS NAS BORDAS DO BURACO NEGRO DE M87 26 de março de 2021
A colaboração EHT (Event Horizon Telescope), que nos mostrou a primeira imagem de um buraco negro divulgada em 2019, revelou anteontem uma nova vista do objeto massivo situado no centro da galáxia Messier 87 (M87): o buraco negro em luz polarizada. Esta é a primeira vez que os astrónomos conseguiram medir polarização, uma assinatura de campos magnéticos, tão perto da borda de um buraco negro.
Esta imagem mostra o buraco negro de M87 em luz polarizada. As linhas marcam a orientação da polarização, a qual está relacionada com o campo magnético existente em torno da sombra do buraco negro. Crédito: Colaboração EHT
A colaboração EHT (Event Horizon Telescope), que nos mostrou a primeira imagem de um buraco negro, revelou anteontem uma nova vista do objeto massivo situado no centro da galáxia Messier 87 (M87): o buraco negro em luz polarizada. Esta é a primeira vez que os astrónomos conseguiram medir polarização, uma assinatura de campos magnéticos, tão perto da borda de um buraco negro. Estas observações são cruciais para explicar como é que M87, situada a 55 milhões de anos-luz de distância de nós, consegue lançar jatos energéticos a partir do seu centro.
"Estamos agora a ver a próxima pista crucial para compreender como é que os campos magnéticos se comportam em torno dos buracos negros e como é que a atividade nesta região compacta do espaço consegue lançar jatos tão poderosos que se estendem para lá da galáxia," disse Monika Mościbrodzka, Coordenadora do Grupo de Trabalho de Polarimetria do EHT e Professora Auxiliar na Universidade Radboud na Holanda.
No dia 10 de abril de 2019, os cientistas divulgaram a primeira imagem de um buraco negro, relevando uma estrutura brilhante em forma de anel com uma região central escura — a sombra do buraco negro. Desde essa altura, a colaboração EHT tem estado a analisar com muito detalhe os dados recolhidos em 2017 do objeto supermassivo que se situa no coração da galáxia M87 e descobriu que uma fração significativa da luz em torno do buraco negro de M87 se encontra polarizada.
"Esta descoberta é um marco importante: a polarização da luz transporta informação que nos permite compreender melhor a física por detrás da imagem que vimos em abril de 2019, o que não tinha sido possível nessa altura," explica Iván Martí-Vidal, também Coordenador do Grupo de Trabalho de Polarimetria do EHT e Investigador GenT na Universidade de Valencia, Espanha, acrescentando que "para revelar esta nova imagem em luz polarizada foram precisos anos de trabalho devido às técnicas complexas envolvidas na obtenção e análise dos dados."
A luz torna-se polarizada quando passa por determinados filtros, tal como as lentes polarizadas dos óculos de sol ou quando é emitida em regiões quentes do espaço onde existem campos magnéticos. Do mesmo modo que os óculos de sol polarizados nos ajudam a ver melhor ao diminuirem reflexões e brilhos fortes de superfícies resplandecentes, também os astrónomos podem ter uma visão mais nítida da região em torno do buraco negro ao observar como é que a luz que daí emerge está polarizada. Particularmente, a polarização permite aos astrónomos mapear as linhas de campo magnético presentes na borda interior do buraco negro.
"As novas imagens polarizadas publicadas são cruciais para compreendermos como é que o campo magnético permite que o buraco negro 'coma' matéria e lance jatos poderosos," diz Andrew Chael, membro da colaboração EHT e bolseiro Hubble da NASA no Princeton Center for Theoretical Science e Princeton Gravity Initiative nos EUA.
Os jatos brilhantes de energia e matéria que emergem do núcleo de M87 e se estendem pelo menos ao longo de 5000 anos-luz a partir do seu centro são uma das estruturas mais misteriosas e energéticas da galáxia. A maioria da matéria que se encontra perto das bordas do buraco negro cai para dentro deste. No entanto, algumas das partículas circundantes escapam momentos antes de serem capturadas e são lançadas para o espaço sob a forma de jatos.
Os astrónomos fazem-se valer de diferentes modelos teóricos que explicam como a matéria se comporta perto do buraco negro para compreenderem melhor este processo. No entanto, ainda não se sabe exatamente como é que jatos maiores que a galáxia são lançados da sua região central, região esta que é comparável ao nosso Sistema Solar em termos de tamanho, nem se sabe exatamente como é que a matéria cai no buraco negro. Com a nova imagem EHT do buraco negro e da sua sombra em luz polarizada, os astrónomos conseguiram olhar pela primeira vez para a região que fica logo a seguir ao buraco negro, local onde ocorre a interação entre a matéria que está a fluir para o buraco negro e a matéria que está a ser ejetada.
As observações dão-nos novas informações sobre a estrutura dos campos magnéticos na vizinhança imediata do buraco negro. A equipa descobriu que apenas modelos teóricos com gás fortemente magnetizado conseguem explicar o que estamos a ver no horizonte de eventos.
"As observações sugerem que os campos magnéticos na borda do buraco negro são suficientemente fortes para empurrar o gás quente e ajudá-lo a resistir à força da gravidade. Apenas o gás que escapa ao campo magnético consegue espiralar em direção ao horizonte de eventos do buraco negro," explica Jason Dexter, Professor Auxiliar na Universidade do Colorado em Boulder, EUA, e Coordenador do Grupo de Trabalho de Teoria do EHT.
Para observar o coração de M87, a colaboração EHT ligou oito telescópios situados em vários locais do mundo — incluindo o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) e o APEX (Atacama Pathfinder EXperiment) no norte do Chile, dos quais o ESO é parceiro — para criar um telescópio virtual do tamanho da Terra, o EHT. A impressionante resolução obtida com o EHT é equivalente a conseguir medir o comprimento de um cartão de crédito na superfície da Lua.
"Com o ALMA e o APEX, que a partir da sua localização austral melhoram a qualidade da imagem ao aumentar geograficamente a rede EHT, os cientistas europeus desempenharam um papel crucial neste trabalho de investigação," diz Francisca Kemper, Cientista do ALMA europeu no ESO. "Com as suas 66 antenas, o ALMA domina o sinal total recolhido em luz polarizada, enquanto o APEX se revelou essencial para a calibração da imagem."
"Os dados ALMA foram também cruciais para calibrar, obter a imagem e interpretar as observações do EHT, fornecendo limites apertados aos modelos teóricos que explicam como é que a matéria se comporta perto do horizonte de eventos do buraco negro," acrescenta Ciriaco Goddi, cientista na Universidade Radboud e no Observatório de Leiden, Holanda, que liderou um estudo companheiro baseado apenas nas observações ALMA.
A rede EHT permitiu à equipa observar de forma direta a sombra do buraco negro e o anel de luz que a rodeia, com a nova imagem em luz polarizada a mostrar que o anel está magnetizado. Os resultados foram publicados pela colaboração EHT em dois artigos científicos na revista da especialidade The Astrophysical Journal Letters. Este trabalho de investigação envolveu mais de 300 cientistas de muitas organizações e universidades de todo o mundo.
"O EHT está a fazer rápidos progressos, com atualizações tecnológicas à rede a serem executadas e novos observatórios a serem adicionados. Esperamos que as observações do futuro EHT revelem mais precisamente a estrutura do campo magnético em torno do buraco negro e nos digam mais sobre a física do gás quente nesta região," conclui Jongho Park, membro da colaboração EHT e bolseiro da Associação de Observatórios Principais do Leste Asiático no Instituto de Astronomia e Astrofísica da Academia Sinica em Taipei.
Esta imagem composta mostra três vistas da região central da galáxia Messier 87 (M87) em luz polarizada. Esta galáxia tem um buraco negro supermassivo no seu centro e é famosa pelos seus jatos, que se estendem muito para além da galáxia.
Uma das imagens em luz polarizada, obtida com o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) no Chile, do qual o ESO é um parceiro, mostra a parte do jato (que tem um tamanho de 6000 anos-luz) mais perto do centro da galáxia.
As outras duas imagens em luz polarizada mostram uma aproximação ao buraco negro supermassivo: a imagem do meio cobre uma região com uma dimensão de cerca de um ano-luz e foi obtida com o VLBA (Very Long Baseline Array) do NRAO (National Radio Astronomy Observatory) dos EUA.
A imagem mais próxima do buraco negro (a de baixo) foi obtida ao ligar oito telescópios em todo o mundo para criar um telescópio virtual do tamanho da Terra, o EHT (Event Horizon Telescope), o qual permitiu aos astrónomos observar a região muito perto do buraco negro supermasssivo, local donde são lançados os jatos.
As linhas indicam a orientação da polarização, a qual está relacionada com o campo magnético nas regiões mostradas. Os dados ALMA fornecem-nos uma descrição da estrutura do campo magnético ao longo dos jatos. Assim, a informação combinada do EHT e do ALMA permite aos astrónomos investigar o papel dos campos magnéticos desde a vizinhança do horizonte de eventos (tal como observado pelo EHT em escalas do dia-luz) até muito para além da galáxia M87 ao longo dos seus poderosos jatos (tal como observado pelo ALMA em escalas dos milhares de anos-luz).
Os valores em GHz referem-se às frequências da luz às quais foram executadas as diferentes observações. As linhas horizontais mostram a escala (em anos-luz) de cada imagem individual.
Crédito: Colaboração EHT; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Goddi et al.; VLBA (NRAO), Kravchenko et al.; J. C. Algaba, I. Martí-Vidal
Esta imagem composta mostra três vistas da região central da galáxia Messier 87 (M87) em luz polarizada e uma vista no visível, obtida pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA. Esta galáxia tem um buraco negro supermassivo no seu centro e é famosa pelos seus jatos, que se estendem muito para além da galáxia. A imagem Hubble (no cimo) captura parte do jato.
Uma das imagens em luz polarizada, obtida com o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) no Chile, do qual o ESO é um parceiro, mostra a parte do jato (que tem um tamanho de 6000 anos-luz) mais perto do centro da galáxia.
As outras imagens em luz polarizada mostram uma aproximação ao buraco negro supermassivo: a imagem do meio cobre uma região com uma dimensão de cerca de um ano-luz e foi obtida com o VLBA (Very Long Baseline Array) do NRAO (National Radio Astronomy Observatory) dos EUA.
A imagem mais próxima do buraco negro (a de baixo) foi obtida ao ligar oito telescópios em todo o mundo para criar um telescópio virtual do tamanho da Terra, o EHT (Event Horizon Telescope), o qual permitiu aos astrónomos observar a região muito perto do buraco negro supermasssivo, local donde são lançados os jatos.
As linhas indicam a orientação da polarização, a qual está relacionada com o campo magnético nas regiões mostradas. Os dados ALMA fornecem-nos uma descrição da estrutura do campo magnético ao longo dos jatos. Assim, a informação combinada do EHT e do ALMA permite aos astrónomos investigar o papel dos campos magnéticos desde a vizinhança do horizonte de eventos (tal como observado pelo EHT em escalas do dia-luz) até muito para além da galáxia M87 ao longo dos seus poderosos jatos (tal como observado pelo ALMA em escalas dos milhares de anos-luz).
Os valores em GHz referem-se às frequências da luz às quais foram executadas as diferentes observações. As linhas horizontais mostram a escala (em anos-luz) de cada imagem individual.
Crédito: Colaboração EHT; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Goddi et al.; NASA, ESA e Equipa do Legado do Hubble (STScI/AURA); VLBA (NRAO), Kravchenko et al.; J. C. Algaba, I. Martí-Vidal
Esta imagem mostra o jato da galáxia Messier 87 em luz polarizada, obtida com o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) no Chile, do qual o ESO é um parceiro. A imagem captura a parte do jato (que tem um tamanho de 6000 anos-luz) mais perto do centro da galáxia. As linhas indicam a orientação da polarização, a qual está relacionada com o campo magnético existente na região mostrada. Esta imagem ALMA mostra assim a estrutura do campo magnético ao longo do jato.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Goddi et al.
