Em abril de 2019, os cientistas divulgaram a primeira imagem de um buraco negro na gala¡xia M87 usando o Event Horizon Telescope (EHT). No entanto, essa conquista nota¡vel foi apenas o começo da história da ciência a ser contada.

Dados de 19 observata³rios divulgados hoje prometem dar uma visão incompara¡vel desse buraco negro e do sistema que ele alimenta, e melhorar os testes da Teoria Geral da Relatividade de Einstein.

"Saba­amos que a primeira imagem direta de um buraco negro seria inovadora", disse Kazuhiro Hada, do Observatório Astrona´mico Nacional do Japa£o, coautor de um novo estudo publicado no The Astrophysical Journal Letters que descreve o grande conjunto de dados. "Mas para obter o ma¡ximo desta imagem nota¡vel, precisamos saber tudo o que pudermos sobre o comportamento do buraco negro naquela anãpoca, observando todo o espectro eletromagnanãtico."

A imensa atração gravitacional de um buraco negro supermassivo pode alimentar jatos departículas que viajam quase a  velocidade da luz por vastas distâncias. Os jatos do M87 produzem luz abrangendo todo o espectro eletromagnanãtico, desde ondas de ra¡dio atéluz visível e raios gama. Esse padrãoédiferente para cada buraco negro. Identificar esse padrãofornece uma visão crucial das propriedades de um buraco negro - por exemplo, seu spin e produção de energia - mas éum desafio porque o padrãomuda com o tempo.

Os cientistas compensaram essa variabilidade coordenando observações com muitos dos telesca³pios mais poderosos do mundo no solo e no Espaço, coletando luz de todo o espectro. Essas observações de 2017 foram a maior campanha de observação simulta¢nea já realizada em um buraco negro supermassivo com jatos.

Traªs observata³rios geridos pelo Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian participaram da campanha hista³rica: o Submillimeter Array (SMA) em Hilo, Havaa­; o Observatório de raios-X Chandra, baseado no Espaço; e o Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (VERITAS) no sul do Arizona.

Comea§ando com a agora ica´nica imagem do M87 do EHT, um novo va­deo leva os espectadores em uma jornada pelos dados de cada telesca³pio. Cada quadro consecutivo mostra dados em vários fatores de dez em escala, tanto de comprimentos de onda de luz quanto de tamanho fa­sico.

A sequaªncia comea§a com a imagem do buraco negro em abril de 2019. Em seguida, ele se move atravanãs de imagens de outros arranjos de radiotelesca³pios ao redor do globo (SMA), movendo-se para fora no campo de visão durante cada etapa. Em seguida, a visão muda para telesca³pios que detectam luz visível, luz ultravioleta e raios-X (Chandra). A tela se divide para mostrar como essas imagens, que cobrem a mesma parte do canãu ao mesmo tempo, se comparam. A sequaªncia termina mostrando quais telesca³pios de raios gama no solo (VERITAS), e Fermi no Espaço, detectam a partir desse buraco negro e seu jato.

Cada telesca³pio fornece informações diferentes sobre o comportamento e o impacto do buraco negro de 6,5 bilhaµes de massa solar no centro de M87, localizado a cerca de 55 milhões de anos-luz da Terra.

"Existem vários grupos ansiosos para ver se seus modelos correspondem a essas observações ricas e estamos entusiasmados em ver toda a comunidade usar esse conjunto de dados paºblicos para nos ajudar a compreender melhor as ligações profundas entre os buracos negros e seus jatos", diz o co-autor Daryl Haggard, da Universidade McGill em Montreal, Canada¡.

Os dados foram coletados por uma equipe de 760 cientistas e engenheiros de quase 200 instituições, abrangendo 32países ou regiaµes, e usando observata³rios financiados por agaªncias e instituições em todo o mundo. As observações concentraram-se do final de mara§o a meados de abril de 2017.

"Este incra­vel conjunto de observações inclui muitos dos melhores telesca³pios do mundo", disse o co-autor Juan Carlos Algaba, da Universidade da Mala¡sia em Kuala Lumpur, Mala¡sia. "Este éum exemplo maravilhoso de astrônomos de todo o mundo trabalhando juntos na busca pela ciência"

Os primeiros resultados mostram que a intensidade da luz produzida pelo material ao redor do buraco negro supermassivo de M87 foi a mais baixa já observada. Isso produziu condições ideais para visualizar a 'sombra' do buraco negro, bem como ser capaz de isolar a luz de regiaµes próximas ao horizonte de eventos daquelas dezenas de milhares de anos-luz de distância do buraco negro.

A combinação de dados desses telesca³pios e as observações EHT atuais (e futuras) permitira£o aos cientistas conduzir importantes linhas de investigação em alguns dos campos de estudo mais significativos e desafiadores da astrofa­sica. Por exemplo, os cientistas planejam usar esses dados para melhorar os testes da Teoria da Relatividade Geral de Einstein. Atualmente, as incertezas sobre o material girando em torno do buraco negro e sendo explodido em jatos, em particular as propriedades que determinam a luz emitida, representam um grande obsta¡culo para esses testes de Relatividade Geral.

Uma questãorelacionada que éabordada pelo estudo de hoje diz respeito a  origem daspartículas energanãticas chamadas "raios ca³smicos", que bombardeiam continuamente a Terra a partir do espaço sideral. Suas energias podem ser um milha£o de vezes mais altas do que o que pode ser produzido no acelerador mais poderoso da Terra, o Grande Colisor de Ha¡drons. Os enormes jatos lana§ados de buracos negros, como os mostrados nas imagens de hoje, são considerados a fonte mais prova¡vel dos raios ca³smicos de maior energia, mas hámuitas daºvidas sobre os detalhes, incluindo os locais precisos onde aspartículas são aceleradas. Como os raios ca³smicos produzem luz por meio de suas colisaµes, os raios gama de maior energia podem apontar este local, e o novo estudo indica que esses raios gama provavelmente não são produzidos perto do horizonte de eventos - pelo menos não em 2017.

"Entender a aceleração departículas érealmente central para entendermos tanto a imagem EHT quanto os jatos, em todas as suas 'cores'", diz a coautora Sera Markoff, da Universidade de Amsterda£. "Esses jatos conseguem transportar a energia liberada pelo buraco negro em escalas maiores do que a gala¡xia hospedeira, como um enorme cabo de alimentação. Nossos resultados nos ajudara£o a calcular a quantidade de energia transportada e o efeito que os jatos do buraco negro tem em seu ambiente . "

O lana§amento deste novo tesouro de dados coincide com a execução de observação de 2021 do EHT, que aproveita uma sanãrie mundial de antenas de ra¡dio, a primeira desde 2018. A campanha do ano passado foi cancelada por causa da pandemia COVID-19, e o ano anterior foi suspenso devido a problemas técnicos imprevistos. Nesta mesma semana, durante seis noites, os astrônomos do EHT estãovisando vários buracos negros supermassivos: o do M87 novamente, o da nossa gala¡xia chamado Sagita¡rio A * e vários buracos negros mais distantes. Em comparação com 2017, a matriz foi melhorada com a adição de mais três radiotelesca³pios: o Telescópio da Groenla¢ndia, o Telescópio Kitt Peak de 12 metros no Arizona e o NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) na Frana§a.

"Com a liberação desses dados, combinados com a retomada da observação e um EHT aprimorado, sabemos que muitos resultados novos e empolgantes estãono horizonte", disse o coautor Mislav Balokovic, da Universidade de Yale.

"Estou muito animado para ver esses resultados, juntamente com meus colegas que trabalham no SMA, alguns dos quais estiveram diretamente envolvidos na coleta de alguns dos dados para esta vista espetacular do M87", disse o coautor Garrett Keating, um cientista do projeto Submillimeter Array. "E com os resultados de Sagita¡rio A * - o enorme buraco negro no centro da Via La¡ctea - saindo em breve e a retomada da observação este ano, esperamos resultados ainda mais surpreendentes com o EHT nos pra³ximos anos . "