A Colaboração do Telescópio do Horizonte de Eventos (EHT) conduziu observações de teste, alcançando a mais alta resolução já obtida da superfície da Terra, detectando luz dos centros de galáxias distantes a uma frequência de cerca de 345 GHz.

Quando combinados com imagens existentes de buracos negros supermassivos nos corações de M87 e Sgr A na frequência mais baixa de 230 GHz, esses novos resultados não apenas tornarão as fotografias de buracos negros 50% mais nítidas, mas também produzirão vistas multicoloridas da região imediatamente fora dos limites dessas feras cósmicas.

As novas detecções, lideradas por cientistas do Centro de Astrofísica | Harvard & Smithsonian (CfA), que inclui o Observatório Astrofísico Smithsonian (SAO), foram publicadas no The Astronomical Journal .

"Com o EHT, vimos as primeiras imagens de buracos negros detectando ondas de rádio a 230 GHz, mas o anel brilhante que vimos, formado pela curvatura da luz na gravidade do buraco negro, ainda parecia borrado porque estávamos nos limites absolutos de quão nítidas poderíamos fazer as imagens", disse o colíder do artigo Alexander Raymond, anteriormente um acadêmico de pós-doutorado no CfA e agora no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA (NASA-JPL). "A 345 GHz, nossas imagens serão mais nítidas e detalhadas, o que por sua vez provavelmente revelará novas propriedades, tanto aquelas que foram previstas anteriormente quanto talvez algumas que não foram."

O EHT cria um telescópio virtual do tamanho da Terra ao conectar várias antenas parabólicas ao redor do globo, usando uma técnica chamada interferometria de linha de base muito longa (VLBI). Para obter imagens de maior resolução, os astrônomos têm duas opções: aumentar a distância entre as antenas parabólicas ou observar em uma frequência mais alta. Como o EHT já era do tamanho do nosso planeta, aumentar a resolução das observações terrestres exigia expandir seu alcance de frequência, e foi isso que a Colaboração EHT fez agora.

"Para entender por que isso é um avanço, considere a explosão de detalhes extras que você obtém ao passar de fotos em preto e branco para coloridas", disse o colíder do artigo Sheperd "Shep" Doeleman, astrofísico do CfA e SAO, e diretor fundador do EHT. "Essa nova ' visão de cores ' nos permite separar os efeitos da gravidade de Einstein do gás quente e dos campos magnéticos que alimentam os buracos negros e lançam jatos poderosos que fluem sobre distâncias galácticas."

Um prisma divide a luz branca em um arco-íris de cores porque diferentes comprimentos de onda de luz viajam em diferentes velocidades através do vidro. Mas a gravidade curva toda a luz de forma semelhante, então Einstein prevê que o tamanho dos anéis vistos pelo EHT deve ser semelhante em 230 GHz e 345 GHz, enquanto o gás quente girando em torno dos buracos negros parecerá diferente nessas duas frequências.

Esta é a primeira vez que a técnica VLBI foi usada com sucesso em uma frequência de 345 GHz. Embora a capacidade de observar o céu noturno com telescópios únicos a 345 GHz já existisse antes, usar a técnica VLBI nessa frequência há muito tempo apresenta desafios que levaram tempo e avanços tecnológicos para serem superados.

O vapor de água na atmosfera absorve ondas a 345 GHz muito mais do que a 230 GHz, enfraquecendo os sinais de buracos negros na frequência mais alta. A chave era melhorar a sensibilidade do EHT, o que os pesquisadores fizeram aumentando a largura de banda da instrumentação e esperando por um bom tempo em todos os locais.

O novo experimento usou dois pequenos subconjuntos do EHT — compostos pelo Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) e pelo Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) no Chile, o telescópio IRAM de 30 metros na Espanha, o NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) na França, o Submillimeter Array (SMA) em Maunakea no Havaí e o Telescópio da Groenlândia — para fazer medições com resolução de até 19 microssegundos de arco.

"Os locais de observação mais poderosos da Terra estão em grandes altitudes, onde a transparência e a estabilidade atmosféricas são ótimas, mas o clima pode ser mais dramático", disse Nimesh Patel, astrofísico do CfA e do SAO, e engenheiro de projeto do SMA, acrescentando que, no SMA, as novas observações exigiram enfrentar estradas geladas em Maunakea para abrir o conjunto em clima estável após uma tempestade de neve com minutos de sobra.

"Agora, com sistemas de alta largura de banda que processam e capturam faixas mais amplas do espectro de rádio, estamos começando a superar problemas básicos de sensibilidade, como o clima. O momento é certo, como as novas detecções provam, para avançar para 345 GHz", acrescentou Patel.

Essa conquista também fornece outro trampolim no caminho para a criação de filmes de alta fidelidade do ambiente do horizonte de eventos ao redor dos buracos negros, que dependerá de atualizações na matriz global existente. O projeto planejado de EHT de próxima geração (ngEHT) adicionará novas antenas ao EHT em localizações geográficas otimizadas e aprimorará as estações existentes atualizando todas elas para trabalhar em múltiplas frequências entre 100 GHz e 345 GHz ao mesmo tempo.

Como resultado dessas e de outras atualizações, espera-se que o conjunto global aumente a quantidade de dados nítidos e claros que o EHT tem para geração de imagens por um fator de 10, permitindo que os cientistas não apenas produzam imagens mais detalhadas e sensíveis, mas também filmes estrelados por essas feras cósmicas violentas.

"A observação bem-sucedida do EHT em 345 GHz é um marco científico importante", disse Lisa Kewley, Diretora do CfA e SAO. "Ao forçar os limites da resolução, estamos alcançando a clareza sem precedentes na geração de imagens de buracos negros que prometemos no início, e definindo padrões novos e mais altos para a capacidade de pesquisa astrofísica baseada no solo."