Existem infinitos anéis de luz em volta dos buracos negros

Fótons capturados pela imensa gravidade ao redor do buraco negro formam uma intrincada estrutura de anéis de luz entre o disco de acreção e o limite do horizonte de eventos

Renato Mota 19/03/2020 14h03
Buraco negro
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Teve gente ficou decepcionada com a primeira imagem direta feita de um buraco negro, divulgada no ano passado. Como se não bastasse registrar um objeto até então considerado impossível de se ver, a 55 milhões de anos-luz de distância, alguns se incomodaram porque a imagem estava embaçada.


Entretanto, se a imagem tivesse uma definição melhor, pesquisadores calculam que veríamos uma subestrutura impressionante ao redor do horizonte de eventos: uma série infinita de anéis de luz, gradualmente mais nítidos, provocados pela extrema curvatura gravitacional.

"A imagem de um buraco negro na verdade contém uma série anéis embaralhados", explica Michael Johnson, do Centro de Astrofísica Harvard Smithsonian. "Cada anel tem aproximadamente o mesmo diâmetro, mas se torna cada vez mais nítido conforme os fótons orbitam o buraco negro mais vezes antes de chegar até o observador. Com a imagem feita pelo EHT (Event Horizon Telescope), captamos apenas um vislumbre de toda a complexidade de qualquer buraco negro".

Exercendo uma imensa força gravitacional, os buracos negros capturam todos os fótons que cruzam seu horizonte de eventos, tornando seu centro escuro – circundado pela luz gerada pelo gás quente que forma o disco de acreção. Os "anéis de fótons" ficam dentro da borda interna do disco de acreção, mas fora do horizonte de eventos, produzidos a partir da luz presa na órbita pela forte gravidade próxima ao buraco negro.

Modelos matemáticos do entorno do buraco negro sugerem que o anel de fótons deve criar uma subestrutura complexa que consiste em infinitos anéis de luz - como o efeito que se vê quando se coloca um espelho em frente a outro. Na imagem do M87 feita pelo EHT podemos ver o disco de acreção (a parte amarela e laranja) e a sombra do buraco negro (o centro escuro). Não podemos ver os anéis de fótons, já que são muito finos e a resolução não é alta o suficiente.

Event Horizon Telescope Collaboration

Mas se pudéssemos vê-lo, esse anel de fótons seria a impressão digital do buraco negro - seu tamanho e forma codificam a massa e a rotação do buraco negro. Com as imagens geradas pelo EHT, os pesquisadores de buracos negros têm uma nova ferramenta para estudar essas estruturas.

"A física dos buracos negros sempre teve implicações teóricas profundas, mas agora também se tornou uma ciência experimental", diz Alex Lupsasca, da Harvard Society of Fellows. "Como teórico, tenho o prazer de finalmente recolher dados reais sobre esses objetos nos quais estamos pensando abstratamente há tanto tempo".

Para gerar a imagem do M87, telescópios em todo o mundo trabalharam juntos para criar um único telescópio do tamanho da Terra. "Embora capturar imagens de buracos negros normalmente exija muitos telescópios distribuídos, os anéis de fóton podem ser estudados usando apenas dois telescópios que estão muito distantes. Adicionar um telescópio espacial ao Event Horizon Telescope seria suficiente”, avalia Johnson.

Esse telescópio adicional teria que ir um pouco mais longe do que a órbita baixa da Terra. Uma boa posição seria colocar um telescópio na Lua. Para melhorar ainda mais a resolução, um terceiro poderia ir ainda mais longe, além da Lua, em uma posição estável entre o Sol e a Terra. Nada disso é inviável, considerando que a Nasa está planejando uma missão tripulada à Lua.

Via: Science Alert/CfA

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