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Nova equação permite imagens mais nítidas de buracos negros

A imagem de um buraco negro possui um brilhante anel de emissão em torno de uma "sombra" projetada pelo buraco negro. Esse anel é composto por uma pilha de subculturas cada vez mais nítidas que correspondem ao número de órbitas que os fótons levaram ao redor do buraco negro antes de atingir o observador. Capturar estas subculturas poderia resultar em imagens mais nítidas de buracos negros. (Crédito: George Wong (UIUC) e Michael Johnson (CfA)).
A imagem de um buraco negro possui um brilhante anel de emissão em torno de uma "sombra" projetada pelo buraco negro. Esse anel é composto por uma pilha de subculturas cada vez mais nítidas que correspondem ao número de órbitas que os fótons levaram ao redor do buraco negro antes de atingir o observador. Capturar estas subculturas poderia resultar em imagens mais nítidas de buracos negros. (Crédito: George Wong (UIUC) e Michael Johnson (CfA)).

São muitos os avanços alcançados diariamente pela ciência. Há poucos meses astrofísicos puderam observar a distorção do espaço tempo causado por uma estrela de nêutrons. Em abril do ano passado, o Telescópio Horizonte de Eventos (EHT) despertou o entusiasmo internacional quando revelou a primeira imagem de um buraco negro. Agora, novos cálculos preveem uma subestrutura impressionante e intrincada dentro de imagens de buraco negro a partir de uma flexão gravitacional extrema da luz. Isto permitirá imagens nítidas de buracos negros.

Imagens nítidas de buracos negros

“A imagem de um buraco negro contém na verdade uma série de anéis aninhados”, explica Michael Johnson do Center for Astrophysics, Harvard e Smithsonian (CfA). Cada anel sucessivo tem aproximadamente o mesmo diâmetro, mas torna-se cada vez mais nítido pois a sua luz orbitou o buraco negro mais vezes antes de chegar ao observador”. Com a imagem atual do EHT, apanhamos apenas um vislumbre de toda a complexidade que deveria emergir na imagem de qualquer buraco negro”.

Os buracos negros prendem quaisquer fótons que cruzam seu horizonte de eventos, eles lançam uma sombra sobre sua brilhante emissão circundante de gás quente inflacionado. Um “anel de fótons” circunda esta sombra, produzida a partir da luz que se concentra pela forte gravidade perto do buraco negro. Este anel de fótons carrega a impressão digital do buraco negro – seu tamanho e forma codificam a massa e a rotação do buraco negro. Com as imagens EHT, os pesquisadores têm uma nova ferramenta para estudar estes extraordinários objetos.

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“Este é um momento extremamente emocionante para se pensar na física dos buracos negros”, diz Daniel Kapec do Institute for Advanced Study. “A teoria da relatividade geral de Einstein faz uma série de previsões impressionantes para esses tipos de observações, agora podemos esperar muitos outrosavanços”. Como teórico, acho especialmente gratificante a rápida convergência entre teoria e experiência, e espero que possamos continuar a isolar e observar previsões mais universais da relatividade geral à medida que estas experiências se tornam mais sensíveis”.

A equipe de pesquisa incluiu astrônomos observacionais, físicos teóricos e astrofísicos.

“Reunir especialistas de diferentes áreas nos permitiu realmente conectar uma compreensão teórica do anel de fótons ao que é possível com a observação”, observa George Wong, um estudante de pós-graduação em física da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign. Wong desenvolveu um software para produzir imagens simuladas de buracos negros em resoluções mais altas do que as anteriormente computadas e para decompor essas imagens na série prevista de sub-imagens. “O que começou como cálculos clássicos de lápis e papel levou-nos a empurrar as nossas simulações para novos limites.”

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Os pesquisadores também descobriram que a subestrutura da imagem do buraco negro cria novas possibilidades para observar os buracos negros. “O que realmente nos surpreendeu foi que, embora as subestruturas do buraco negro sejam quase imperceptíveis a olho nu nas imagens – mesmo as imagens perfeitas – elas são sinais fortes e claros para conjuntos de telescópios chamados interferômetros”, diz Johnson. “Enquanto a captura de imagens de buracos negros normalmente requer muitos telescópios distribuídos, os anéis inferiores são perfeitos para estudar usando apenas dois telescópios que estão muito afastados. Adicionando um telescópio espacial ao EHT seria suficiente”.

“A física do buraco negro sempre foi um tema bonito com profundas implicações teóricas, mas agora também se tornou uma ciência experimental”, diz Alex Lupsasca, da Harvard Society of Fellows. “Como teórico, estou encantado por finalmente obter dados reais sobre estes objetos que temos pensado abstratamente por tanto tempo”.

O estudo foi publicado na Science Advances, clique aqui para acessá-lo.

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Fornecido pelo Institute for Advanced Study


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