Cientistas capturam primeira imagem de jato que entra em erupção na beira de um buraco negro

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Cientistas capturam primeira imagem de jato que entra em
erupção na beira de um buraco negro
Impressão artística das estruturas em torno de M87, com base nos novos dados. (S.
Dagnello/NRAO/AUI/NSF)
Novas imagens do poço mais fotogênico da escuridão do Universo estão fornecendo informações sobre
um misterioso comportamento de buraco negro.
Pela primeira vez, estamos olhando para a fonte de um jato colossal de plasma explodindo no espaço a
partir da borda do buraco negro supermassivo M87. É também a primeira vez que vemos a sombra de
um buraco negro e seu jato juntos na mesma imagem, uma visão que deve ajudar os astrônomos a
descobrir como essas correntes gigantes de plasma são geradas.
“Sabemos que os jatos são ejetados da região em torno dos buracos negros”, diz o astrônomo Ru-Sen
Lu, do Observatório Astronômico de Xangai, na China, “mas ainda não entendemos completamente
como isso realmente acontece. Para estudar isso diretamente, precisamos observar a origem do jato o
mais próximo possível do buraco negro”.
https://www.eso.org/public/images/eso2305b/
https://www.sciencealert.com/black-holes
https://www.sciencealert.com/black-holes
https://www.eso.org/public/news/eso2305/?lang
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A nova imagem, revelando a geração do jato, bem como a sombra e o anel ao redor do buraco
negro (inset). (R.-S. Lu/SHAO, E. Ros/MPIfR, S. Dagnello/NRAO/AUI/NSF)
Os buracos negros, como todos sabemos, são famosos por não emitirem nada que possamos detectar.
Eles são tão densos que o espaço-tempo efetivamente se deforma em uma esfera fechada em torno
deles, de modo que nenhuma velocidade no Universo é suficiente para alcançar a velocidade de escape.
Mas o espaço fora do limite dessa bola – o que chamamos de horizonte de eventos – é outra questão.
Aqui está uma região de extremos, onde a gravidade reina suprema. Qualquer material próximo é pego
em seu laço, girando em um disco de material que derrama sobre o buraco negro como água por um
ralo. O atrito e a gravidade aquecem este material, fazendo com que ele brilhe; foi o que vimos na agora
famosa imagem de M87 lançada pela primeira vez em 2019, a partir de dados coletados em 2017 pela
colaboração do Event Horizon Telescope (EHT).
Mas nem todo o material inevitavelmente é atraído para além do horizonte de eventos. Parte dela desliza
a borda antes de ser lançado para o espaço a partir das regiões polares do buraco negro, formando
jatos que podem viajar a uma porcentagem significativa da velocidade da luz e perfurar vastas distâncias
no espaço interestelar.
Os astrônomos acreditam que este material é desviado da borda interna do disco ao longo das linhas de
campo magnético fora do horizonte de eventos. Essas linhas de campo magnético aceleram as
partículas de modo que, quando atingem os pólos, elas são lançadas a uma grande velocidade no
espaço.
https://www.sciencealert.com/it-s-official-global-collaboration-of-astronomers-have-taken-the-first-ever-black-hole-photo
https://eventhorizontelescope.org/
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Esses são os traços largos; os detalhes são mais difíceis de definir. Sabemos que o M87 tem um jato
que atinge 100.000 anos-luz em comprimentos de onda de rádio, que é aproximadamente o diâmetro da
nossa própria galáxia. Assim, em 2018, os astrônomos usaram poderosos radiotelescópios unidos para
formar o Global mm-VLBI Array (GMVA) para ver se eles poderiam capturar a região a partir da qual os
jatos são lançados em detalhes. Ele coletou dados em um comprimento de onda maior do que o EHT,
revelando informações diferentes.
“A M87 foi observada ao longo de muitas décadas, e há 100 anos sabíamos que o jato estava lá, mas
não pudemos colocá-lo em contexto”, diz Lu. “Com o GMVA, incluindo os principais instrumentos do
NRAO e do GBO, estamos observando em uma frequência mais baixa, então estamos vendo mais
detalhes – e agora sabemos que há mais detalhes para ver.”
Um diagrama que ilustra as estruturas associadas a um buraco negro ativo. (ESO)
A galáxia M87 está localizada a cerca de 55 milhões de anos-luz de distância, e hospeda um buraco
negro supermassivo cerca de 6,5 bilhões de vezes a massa do Sol, acumulando ativamente matéria de
um disco ao seu redor. A imagem capturada pelo EHT mostrou, pela primeira vez, a sombra desse
buraco negro – uma região escura no meio de um anel brilhante de material, distorcido pela curvatura
gravitacional do espaço-tempo.
A nova imagem mostra uma região mais ampla do espaço do que a imagem EHT. Ele revela que a
extensão do plasma em torno de M87 é muito maior do que vemos na imagem EHT, além da fonte do
jato.
A imagem original do EHT revelou apenas uma parte do disco de acreção que cerca o centro do buraco
negro. Ao mudar os comprimentos de onda de observação de 1,3 milímetros para 3,5 milímetros,
https://hubblesite.org/contents/media/images/2000/20/968-Image.html
https://www3.mpifr-bonn.mpg.de/div/vlbi/globalmm/
https://public.nrao.edu/news/vlba-alma-m87-black-hole-jet-together/
https://www.eso.org/public/images/eso1907h/
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podemos ver mais do disco de acreção, e agora o jato, ao mesmo tempo”, diz o astrônomo Toney Minter,
do Observatório Nacional de Radioastronomia. “Isso revelou que o anel ao redor do buraco negro é 50%
maior do que acreditávamos anteriormente”.
A nova imagem também revelou novas informações sobre como o jato é lançado da região do espaço ao
redor do buraco negro, afirmando que as linhas de campo magnético realmente desempenham um papel
crítico em afastar o material para ser lançado como jatos.
Mas eles não agem sozinhos. Um vento poderoso emana do próprio disco, alimentado por pressão de
radiação. Este vento, mostra a imagem, contribui para a criação do jato M87.
Este é um avanço bastante significativo na ciência dos buracos negros, mas os pesquisadores não estão
feitos. Há muito mais para ver em todo o espectro de rádio, e o M87 provou que ele pode entregar.
“Planejamos observar a região ao redor do buraco negro no centro da M87 em diferentes comprimentos
de onda de rádio para estudar ainda mais a emissão do jato”, diz o astrônomo Eduardo Ros, do Instituto
Max Planck de Radioastronomia, na Alemanha. Os próximos anos serão emocionantes, pois poderemos
aprender mais sobre o que acontece perto de uma das regiões mais misteriosas do Universo.
A pesquisa foi publicada na Nature.
https://public.nrao.edu/news/vlba-alma-m87-black-hole-jet-together/
https://public.nrao.edu/news/vlba-alma-m87-black-hole-jet-together/
https://asd.gsfc.nasa.gov/Tim.Kallman/theorypage/accdiskwinds.html
https://www.eso.org/public/news/eso2305/?lang
https://www.eso.org/public/news/eso2305/?lang
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05843-w