Cientistas da Goethe University Frankfurt e da Event Horizon Telescope Collaboration usam dados que produziram a primeira imagem de um buraco negro para restringir suas propriedades fundamentais.

A impressão deste artista descreve um buraco negro supermassivo girando rapidamente cercado por um disco de acreção. Este fino disco de material giratório consiste nas sobras de uma estrela semelhante ao Sol que foi dilacerada pelas forças das marés do buraco negro. O buraco negro está rotulado, mostrando a anatomia deste objeto fascinante. Crédito: ESO

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Físicos teóricos da Goethe University Frankfurt analisaram dados do buraco negro M87* como parte da colaboração Event Horizon Telescope (EHT) para testar a teoria da relatividade geral de Albert Einstein. De acordo com os testes, o tamanho da sombra de M87* está em excelente acordo sendo de um buraco negro na relatividade geral, mas define restrições nas propriedades dos buracos negros em outras teorias. Em 2019, a colaboração EHT publicou a primeira imagem de um buraco negro localizado no centro da galáxia M87.

Como primeiro apontado pelo astrônomo alemão Karl Schwarzschild, os buracos negros dobram o espaço-tempo em um grau extremo devido à sua extraordinária concentração de massa que aquecem a matéria em sua vizinhança de modo que ela começa a brilhar. O físico da Nova Zelândia Roy Kerr mostrou que a rotação pode mudar o tamanho do buraco negro e a geometria de seus arredores. A "borda" de um buraco negro é conhecida como horizonte de eventos, o limite em torno da concentração de massa além da qual a luz e a matéria não podem escapar e que torna o buraco negro "negro". Os buracos negros, prevê a teoria, podem ser descritos por um punhado de propriedades: massa, rotação e uma variedade de cargas possíveis.

Todos esses buracos negros lançam sombras escuras que são distinguíveis uns dos outros em tamanho, mas apenas aqueles que caem na faixa cinza são compatíveis com as medições EHT 2017 do M87* e, nesta imagem, aquele representado em vermelho na parte inferior é muito pequeno para ser um modelo viável para o M87*. Crédito: Prashant Kocherlakota, Luciano Rezzolla (Goethe University Frankfurt e EHT Collaboration / Fiks Film 2021)

Além dos buracos negros previstos pela teoria da relatividade geral de Einstein, pode-se considerar os de modelos inspirados nas teorias das cordas, que descrevem a matéria e todas as partículas como modos de minúsculas cordas vibrantes. Teorias de buracos negros inspiradas em cordas preveem a existência de um campo adicional na descrição da física fundamental, o que leva a modificações observáveis nos tamanhos dos buracos negros, bem como na curvatura em sua vizinhança.

Os físicos Dr. Prashant Kocherlakota e o professor Luciano Rezzolla, do Instituto de Física Teórica da Goethe University Frankfurt, investigaram pela primeira vez como as diferentes teorias se encaixam nos dados observacionais do buraco negro M87* no centro da galáxia Messier 87. A imagem do M87*, tirada em 2019 pela colaboração internacional Event Horizon Telescope (EHT), foi a primeira prova experimental da existência real de buracos negros após a medição das ondas gravitacionais em 2015.

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Crédito do vídeo: Constraining black hole models with EHT observations | Event Horizon Telescope

O resultado dessas investigações: Os dados de M87* estão em excelente acordo com as teorias baseadas em Einstein e, em certa medida, com as teorias baseadas em cordas. Dr. Prashant Kocherlakota explica: “Com os dados registrados pela colaboração EHT, agora podemos testar diferentes teorias da física com imagens de buracos negros. Atualmente, não podemos rejeitar essas teorias ao descrever o tamanho da sombra de M87*, mas nossos cálculos restringem o intervalo de validade desses modelos de buraco negro.”

O professor Luciano Rezzolla afirma: “A ideia de buracos negros para nós, físicos teóricos, é ao mesmo tempo fonte de preocupação e de inspiração. Embora ainda lutemos com algumas das consequências dos buracos negros, como o horizonte de eventos ou a singularidade, parecemos sempre ansiosos para encontrar novas soluções para os buracos negros também em outras teorias. Portanto, é muito importante obter resultados como os nossos, que determinam o que é plausível e o que não é. Este foi um primeiro passo importante e nossas restrições serão aprimoradas à medida que novas observações forem feitas.”

Na colaboração Event Horizon Telescope, telescópios de todo o mundo são interconectados para formar um telescópio gigante virtual com uma antena do tamanho da própria Terra. Com a precisão desse telescópio, um jornal de Nova York poderia ser lido em um café na rua em Berlim.

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Referência: “Restrições sobre cargas de buracos negros com as observações EHT de 2017 de M87 *” por Prashant Kocherlakota et al. (Colaboração EHT), 20 de maio de 2021, Physical Review D .
DOI: 10.1103 / PhysRevD.103.104047

Fonte: SciTechDaily