O que a imagem do Sagittarius A* nos diz sobre buracos negros?

Com a histórica imagem do buraco negro supermassivo Sagittarius A* (Sgr A*), feita pela equipe do Event Horizon Telescope (EHT), os pesquisadores por trás do trabalho publicaram também uma série de seis artigos detalhando os resultados das observações. Com isso, aprendemos algumas coisas sobre esse objeto.

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A “foto” do Sgr A* representa não apenas uma grande façanha da astronomia moderna, mas também uma conquista para as futuras pesquisas sobre a física desses objetos e como a relatividade geral de Albert Einstein consegue descrevê-los.

Em seis artigos, o EHT descreveu não somente a imagem processada que vimos, como também as observações que resultaram em milhares de imagens brutas. Eles analisaram como funciona o disco acreção do Sgr A*, seu fluxo e a física gravitacional em escalas inacessíveis às outras observações da região.

Junto com a imagem do buraco negro da galáxia M87, revelada em 2019, a nova foto confirma que a relatividade geral prevê com precisão os anéis com lentes gravitacionais desses objetos. Aliás, confirma também que essas características devem ser universais para todos os buracos negros.

O que a imagem do Sgr A* nos diz?

Localizado a 55 milhões de anos-luz de distância, o M87* é um dos maiores buracos negros conhecidos e seiscentas vezes mais massivo que o Sgt A*. Por causa de suas distâncias relativas da Terra, ambos os buracos negros parecem ser do mesmo tamanho no céu.

Já o Sgr A* é quatro milhões de vezes mais massivo que o nosso Sol, porém tem diâmetro 1.500 vezes menor que M87*. Para se ter uma noção de escala, o disco ao redor do buraco negro de nossa galáxia é mais ou menos do tamanho da órbita de Júpiter, enquanto a sombra do M87* é muito maior, do tamanho da distância já alcançada pelas sondas Voyager.

No entanto, o tamanho aparente deles no céu noturno, aqui na Terra, é minúsculo — apenas um diâmetro de 52 microarcosegundos. A Lua, para comparação, tem 30 minutos de arco. Para um telescópio terrestre “ver” os buracos negros, precisaria de ampliação o suficiente para enxergar uma rosquinha na Lua.

O Sgt A* é um buraco negro de Kerr, isto é, possui um movimento de rotação. Além disso, o disco de matéria ao seu redor gira em velocidade semelhante à do disco encontrado no M87*. Entretanto, como o Sgr A* é bem menor, o movimento de seu disco parece muito mais rápido. Afinal, ele tem uma distância menor para percorrer.

Esse movimento aparentemente mais rápido representou um grande obstáculo para o EHT. É que, por causa do gás turbulento girando ao redor de um “globo” (a sombra do buraco negro na imagem) relativamente pequeno (em comparação ao M87*), as milhares de imagens variam muito em morfologia.

Enquanto o gás leva de dias a semanas para orbitar o grandioso M87*, esse processo leva apenas alguns minutos no Sgr A*. Por isso, o brilho e o padrão do gás ao redor dele estavam mudando rapidamente à medida que o EHT o observava.

Felizmente, uma vez ultrapassado este obstáculo para resolver a imagem, isso não faz muita diferença quando olhamos para o resultado. A teoria da relatividade de Einstein prevê que a forma da sombra será sempre bastante circular, não importa o quão rápido o buraco negro esteja girando ou de onde estamos olhando para ele.

No caso do Sgr A*, vemos um formato um pouco ovalado porque o objeto está ligeiramente inclinado em relação ao nosso ponto de vista. Sabendo que a relatividade geral afirma que o disco é fechado e circular, os cientistas podem calcular o ângulo de inclinação a partir das imagens.

Embora a área escura no anel, chamada de sombra do buraco negro, pareça ser o horizonte de eventos, a superfície da qual nem mesmo a luz pode escapar, não é o caso. A trajetória da luz ao seu redor é distorcida pela intensa gravidade do buraco negro, produzindo uma sombra cerca de 2,5 vezes maior que o horizonte de eventos em si.

Outra característica importante revelada pela imagem é que o buraco negro está voltado para nós, assim como o M87*, com uma pequena diferença de ângulo. É por isso que, ao observar a foto, vemos um dos polos do Sgt A*, com o disco de luz ao seu redor. Esse disco, na verdade, está em torno da linha de equador do objeto.

Ver o Sgt A* quase inteiramente voltado para nós é algo que os cientistas não estavam esperando. É quase uma coincidência que as duas primeiras imagens de buracos negros na história da humanidade apareçam dessa forma, facilitando bastante a análise da morfologia e comportamento dos objetos.

Sobre a Colaboração EHT

O EHT é uma colaboração global que conectou oito observatórios de rádio ao redor do planeta para formar um único telescópio virtual do “tamanho da Terra”. Em 2017, eles observaram a região central da Via Láctea e obtiveram várias imagens da fonte de rádio conhecida como Sagittarius A*.

A rede de observatórios usada inclui o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) e o Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) no deserto de Atacama, no Chile. Uma nova campanha de observação ocorreu em março de 2022 e incluiu ainda mais telescópios do que os oito utilizados em 2017.

Podemos esperar novos estudos e simulações do buraco negro Sgr A* feitos a partir das observações do EHT. Assim como ocorreu após a imagem do M87*, talvez vejamos em breve a luz polarizada do buraco negro da Via Láctea, seu campo magnético mapeado e, talvez, mais futuramente, vídeos de buracos negros e os movimentos de seus discos de matéria.

Fonte: EHT, ESO, The Astrophysical Journal Letters