M87: Primeira imagem direta de um buraco negro a expelir um poderoso jato

Os astrônomos observaram, pela primeira vez numa mesma imagem, a sombra do buraco negro situado no centro da galáxia Messier 87 (M87) e o poderoso jato que este objeto lança para o espaço. As observações foram efetuadas em 2018, com telescópios pertencentes as redes GMVA (Global Millimetre VLBI Array), ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, do qual o ESO é um parceiro, e GLT (Greenland Telescope). Esta nova imagem ajuda os astrônomos a compreender melhor o processo que faz com que os buracos negros libertem jatos tão energéticos.

https://www.eso.org/public/news/eso2305/
Esta imagem mostra, pela primeira vez e simultaneamente, o jato e a sombra do buraco negro situado no centro da galáxia M87. As observações foram obtidas com o auxílio de telescópios das redes GMVA (Global Millimetre VLBI Array), ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) e GLT (Greenland Telescope). Esta imagem fornece aos cientistas o contexto necessário para compreenderem como é que o poderoso jato se forma. As novas observações revelaram também que o anel do buraco negro, que aqui vemos em sobreposição, é 50% maior que o anel observado a comprimentos de onda mais pequenos pelo EHT (Event Horizon Telescope). Este fato sugere que a nova imagem vê mais do material que está a cair em direção ao buraco negro do que o que podíamos ver com o EHT. Créditos: R.-S. Lu (SHAO), E. Ros (MPIfR), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)

A maioria das galáxias hospeda um buraco negro supermassivo no seu centro. Embora sejam conhecidos por engolir matéria da sua vizinhança imediata, os buracos negros podem também lançar poderosos jatos de matéria que se estendem para além das galáxias que os acolhem. Compreender como é que os buracos negros criam jatos tão grandes tem sido um problema de longa data na astronomia.

Vídeo: com o auxílio do ALMA, os astrónomos obtiveram uma nova imagem do buraco negro supermassivo situado no centro da galáxia M87. Créditos: ESO
Dirigido por: Angelos Tsaousis and Martin Wallner.
Edição : Angelos Tsaousis.
Suporte técnico: Gurvan Bazin and Raquel Yumi Shida.
Roteiro: Jonas Enander.
Imagens: ESO/L. Calçada, M. Kornmesser, Digitized Sky Survey 2, ESA/Hubble, RadioAstron, De Gasperin et al., Kim et al., S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF), R. S. Lu (SHAO), E. Ros and H. Rottmann/MPIfR,  Nicolle R. Fuller/NSF, A. Duro.
Consultores: Paola Amico & Mariya Lyubenova.

Música: Stellardrone — Eternity

Ru-Sen Lu do Observatório Astronómico de Xangai, na China, declarou:

Sabemos que os jatos são lançados a partir da região que rodeia os buracos negros, no entanto, ainda não compreendemos totalmente como é que isto acontece. Para estudar diretamente este fenômeno, temos que observar a origem do jato tão perto do buraco negro quanto possível.

Ru-Sen Lu
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Ao observarem o núcleo compacto rádio de M87, os cientistas descobriram novos detalhes sobre o buraco negro supermassivo desta galáxia. Nesta imagem artística, vemos o jato massivo a ser lançado a partir do centro do buraco negro. Os dados nos quais esta ilustração é baseada, correspondem à primeira vez que o jato e a sombra do buraco negro foram observados em simultâneo numa só imagem, fornecendo assim aos cientistas novas pistas sobre como é que os buracos negros conseguem lançar jatos tão poderosos. Créditos: S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)

A nova imagem publicada hoje mostra pela primeira vez isto mesmo: como a base de um jato se liga com a matéria que gira em torno de um buraco negro supermassivo. O alvo é a galáxia M87, localizada a 55 milhões de anos-luz, na nossa vizinhança cósmica, e que acolhe um buraco negro 6,5 bilhões de vezes mais massivo do que o Sol. Observações anteriores tinham conseguido obter imagens separadas da região próxima do buraco negro e do jato, no entanto, esta é a primeira vez que ambas as estruturas foram observadas em conjunto.

Jae-Young Kim do Instituto Max Planck de Radioastronomia, na Alemanha, acrescentou:

Esta nova imagem completa a ‘fotografia’, ao mostrar simultaneamente a região em torno do buraco negro e o jato.

Jae-Young Kim

A imagem foi obtida com o GMVA, o ALMA e o GLT, que formam uma rede de radiotelescópios global, operando em conjunto como se de um telescópio virtual gigante do tamanho da Terra se tratassem. Com uma rede de telescópios assim tão grande podemos observar detalhes muito pequenos na região em torno do buraco negro de M87.

A nova imagem mostra o jato a emergir próximo do buraco negro, bem como a sombra do próprio buraco negro. À medida que orbita o buraco negro, a matéria aquece e emite luz. O buraco negro curva e captura alguma desta luz, criando uma estrutura semelhante a um anel em torno do buraco negro, quando visto a partir da Terra. A escuridão no centro do anel é a sombra do buraco negro, da qual foram obtidas pela primeira vez imagens com o telescópio EHT (Event Horizon Telescope), em 2017. Tanto esta nova imagem como a obtida anteriormente com o EHT, combinam dados coletados por vários radiotelescópios de todo o mundo, mas a imagem divulgada hoje mostra a radiação de rádio emitida a um comprimento de onda maior do que a do EHT: 3,5 mm em vez de 1,3 mm.

https://www.eso.org/public/news/eso2305/
Messier 87 capturada pelo Very Large Telescope do ESO

Thomas Krichbaum, do Instituto Max Planck de Radioastronomia, disse:

A este comprimento de onda, podemos ver como o jato emerge do anel de emissão em torno do buraco negro supermassivo central.

Thomas Krichbaum

O tamanho do anel observado pela rede GMVA é cerca de 50% maior do que o da imagem obtida com o EHT.

Keiichi Asada, da Academia Sinica de Taiwan, explicou:

Para compreender a origem física do anel maior e mais grosso, tivemos de utilizar simulações de computador para testar diferentes cenários.

Keiichi Asada
Esta sequência em vídeo começa com uma vista da rede ALMA, aproximando-se de seguida do coração da galáxia M87 e mostrando sucessivamente observações cada vez mais detalhadas. A imagem final mostra a sombra do buraco negro e o jato que este expele, observados pela primeira vez numa mesma imagem. As observações foram obtidas por telescópios do Global Millimetre VLBI Array (GMVA), ALMA e do Greenland Telescope. Créditos: ESO/L. Calçada, Digitized Sky Survey 2, ESA/Hubble, RadioAstron, De Gasperin et al., Kim et al., R.-S. Lu (SHAO), E. Ros (MPIfR), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF). Música: astral electronic.

Os resultados sugerem que a nova imagem revela mais do material que está a cair em direção ao buraco negro do que o que podíamos ver com o EHT.

]Estas novas observações do buraco negro de M87 foram levadas a cabo em 2018 com o GMVA, que consiste em 14 radiotelescópios instalados na Europa e América do Norte [1]. Adicionalmente, foram conectadas ao GMVA duas outras infraestruturas: o telescópio da Groenlândia e o ALMA, do qual o ESO é um parceiro. O ALMA, constituído por 66 antenas instaladas no deserto chileno do Atacama, desempenhou um papel fundamental nestas observações. Os dados recolhidos por todos estes telescópios foram combinados, utilizando uma técnica chamada interferometria, que sincroniza os sinais captados por cada infraestrutura individual. No entanto, para obter de modo adequado a forma real de um objeto astronômico, é importante que os telescópios se encontrem espalhados por todo o planeta. Os telescópios GMVA estão na sua maioria alinhados Este-Oeste, pelo que a adição do ALMA no hemisfério Sul provou ser essencial para capturar esta imagem do jato e da sombra do buraco negro de M87.

Graças à localização e sensibilidade do ALMA, pudemos revelar a sombra do buraco negro e, ao mesmo tempo, observar mais profundamente a emissão do jato.

Ru-Sen Lu

Estão previstas observações futuras com esta rede de telescópios, para se continuar a investigar como é que os buracos negros supermassivos podem lançar jatos tão poderosos.

Eduardo Ros do Instituto Max Planck de Radioastronomia, afirmou:

Planejamos observar a região em redor do buraco negro situado no centro de M87 em diferentes comprimentos de onda de rádio para estudar melhor a emissão do jato. Os próximos anos serão bastante interessantes, uma vez que poderemos aprender mais sobre o que acontece perto de uma das regiões mais misteriosas do Universo.

Eduardo Ros

Este tipo de observações simultâneas permitirá à equipe estudar os complicados processos que ocorrem perto do buraco negro supermassivo.

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Este infográfico mostra um buraco negro supermassivo girando rapidamente, rodeado por um disco de acreção. O disco fino de material em rotação é constituído por restos de uma estrela similar ao nosso Sol que foi desfeita por ação das forças de maré do buraco negro. O buraco negro está assinalado, mostrando a anatomia deste fascinante objeto. Crédito: ESO

Este trabalho foi apresentado no artigo científico “A ring-like accretion structure in M87 connecting its black hole and jet” publicado na revista Nature (doi: 10.1038/s41586-023-05843-w).

Nota

[1] A Rede VLBI coreana também faz agora parte do GMVA, no entanto, não participou nas observações aqui relatadas.

Artigo Científico

A ring-like accretion structure in M87 connecting its black hole and jet

Fonte

ESO: eso2305 — Science Release – First direct image of a black hole expelling a powerful jet

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