A primeira fotografia de um buraco negro abalou o mundo em 2019, quando o EHT (Event Horizon Telescope) divulgou uma imagem do buraco negro supermassivo no centro da galáxia M87, também conhecida como Virgo A ou NGC 4486, localizada na constelação de Virgem.
© EHT / Fermi-LAT (curva de luz de raios gama)
Curva de luz do surto de raios gama (em baixo) e coleção de imagens quase simuladas do jato de M87 (em cima) a várias escalas obtidas no rádio e em raios X. O instrumento, o intervalo de observação do comprimento de onda e a escala são indicados no canto superior esquerdo de cada imagem.
Este buraco negro está surpreendendo novamente com uma erupção de raios gama, emitindo fótons bilhões de vezes mais energéticos do que a luz visível. Um surto tão intenso não era observado há mais de uma década, fornecendo uma visão crucial sobre a forma como as partículas, como elétrons e prótons, são aceleradas nos ambientes extremos perto dos buracos negros.
O jato que sai do centro de M87 é sete ordens de grandeza, ou seja, dezenas de milhões de vezes, maior do que o horizonte de eventos, ou a superfície do próprio buraco negro. A brilhante explosão de emissão altamente energética foi muito superior às energias tipicamente detectadas por radiotelescópios na região do buraco negro. A atividade durou cerca de três dias e provavelmente emergiu de uma região com menos de três dias-luz de tamanho.
Um raio gama é um "pacote" de energia eletromagnética, também conhecido como fóton. Os raios gama têm a maior energia de todos os comprimentos de onda do espectro eletromagnético e são produzidos pelos ambientes mais quentes e energéticos do Universo, como as regiões em torno dos buracos negros. Os fótons da erupção de raios gama de M87 têm níveis de energia de alguns TeV (teraelétrons-volt). Os TeV são usados para medir a energia das partículas subatômicas e são equivalentes à energia de um mosquito em movimento. Trata-se de uma enorme quantidade de energia para partículas que são muitos trilhões de vezes menores do que um mosquito.
À medida que a matéria cai em direção a um buraco negro, forma um disco de acreção onde as partículas são aceleradas devido à perda de energia gravitacional. Algumas são mesmo redirecionadas para longe dos polos do buraco negro como um poderoso fluxo impulsionado por campos magnéticos intensos. Este processo é irregular, o que muitas vezes causa uma rápida explosão de energia.
No entanto, os raios gama não conseguem penetrar na atmosfera da Terra. Há cerca de 70 anos, os físicos descobriram que os raios gama podem ser detectados a partir do solo, observando a radiação secundária gerada quando atingem a atmosfera.
Mais de duas dúzias de instalações observacionais terrestres e espaciais, incluindo os telescópios Fermi-LAT, telescópio espacial Hubble, NuSTAR, Chandra e Swift, juntamente com as três maiores redes de telescópios atmosféricos Cherenkov do mundo (VERITAS, H.E.S.S. e MAGIC) juntaram-se a esta segunda campanha EHT e de múltiplos comprimentos de onda em 2018. Estes observatórios são sensíveis aos fótons de raios X, bem como aos raios gama de alta e muito alta energia, respectivamente.
Um dos principais conjuntos de dados utilizados neste estudo é a chamada distribuição espectral de energia. O espectro descreve a forma como a energia de fontes astronômicas, como M87, se distribui por diferentes comprimentos de onda da luz. É como dividir a luz num arco-íris e medir a quantidade de energia presente em cada cor. Esta análise ajuda-nos a descobrir os diferentes processos que conduzem à aceleração de partículas altamente energéticas no jato do buraco negro supermassivo.
Uma análise mais aprofundada encontrou uma variação significativa na posição e no ângulo do anel, também chamado horizonte de eventos, e na posição do jato. Isto sugere que uma relação física entre as partículas e o horizonte de eventos, em diferentes escalas de tamanho, influencia a posição do jato. Uma das características mais marcantes do buraco negro de M87 é um jato bipolar que se estende a milhares de anos-luz do núcleo. Este estudo pode ajudar a resolver um debate de longa data sobre as origens dos raios cósmicos detectados na Terra.
Um artigo que descreve os resultados foram publicados no periódico Astronomy & Astrophysics.
Fonte: Harvard University
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