O buraco negro gigante está no coração da Via Láctea.

A Via Láctea e a localização de seu buraco negro central visto do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array. Crédito da imagem: ESO/José Francisco Salgado (josefrancisco.org), Colaboração EHT

Conteúdo relacionado:

• O que é o horizonte de eventos do buraco negro (e o que acontece lá?)
• Como os buracos negros engolem estrelas?
• Buracos brancos: O que sabemos sobre os gêmeos negligenciados dos buracos negros
• O que são buracos negros? Fatos, teoria e definição
• 10 perguntas que você pode querer saber sobre buracos negros
• Por que a gravidade não é como as outras forças?

Os astrônomos capturaram a primeira imagem do colossal buraco negro no centro de nossa galáxia, fornecendo a primeira evidência direta da existência do gigante cósmico.

Localizado a 26.000 anos-luz de distância, Sagitário A* é um gigantesco rasgo no espaço-tempo que tem quatro milhões de vezes a massa do nosso Sol e 60 milhões de quilômetros (40 milhões de milhas) de diâmetro. A imagem foi capturada pelo telescópio Event Horizon (EHT), uma rede de oito radiotelescópios sincronizados colocados em vários locais ao redor do mundo. 

Esta animação mostra a localização de alguns dos telescópios que compõem o EHT, bem como uma representação das longas linhas de base entre os telescópios. Crédito: ESO/L. Calçada

Como nem mesmo a luz é capaz de escapar da poderosa atração gravitacional de um buraco negro, é impossível ver o próprio Sagitário A*, exceto a silhueta de um anel de luz distorcida e difusa. Este halo vem da matéria superaquecida e brilhante que gira em torno da entrada da boca do monstro cósmico próximo da velocidade da luz. Uma vez que o plasma lentamente despojado e triturado mergulha no precipício do buraco negro, ou horizonte de eventos, ele se perde para sempre.

"Nossos resultados são a evidência mais forte até o momento de que um buraco negro reside no centro de nossa galáxia", disse Ziri Younsi, astrofísico da University College London e colaborador do EHT, em comunicado. "Este buraco negro produz a atração que mantém a galáxia unida. É a chave para a nossa compreensão de como a Via Láctea se formou e evoluirá no futuro".

Os cientistas há muito cogitavam que um enorme buraco negro supermassivo deveria estar à espreita no centro de nossa galáxia, sua gravidade amarrando a poeira, o gás, as estrelas e os planetas da Via Láctea em uma órbita solta em torno dele e fazendo com que as estrelas próximas circulem em torno dele rapidamente. Esta nova observação, que mostra a luz sendo dobrada em torno do gigante que distorce o espaço-tempo, coloca suas suspeitas além de qualquer dúvida.

O Event Horizon Telescope capturou a primeira imagem de Sgr A*, o buraco negro supermassivo no centro da nossa galáxia. Crédito da imagem: Colaboração EHT

“Ficamos surpresos com o quão bem o tamanho do anel concordou com as previsões da teoria da relatividade geral de Einstein”, disse Geoffrey Bower, colaborador do EHT e astrônomo da Academia Sinica, Taipei, em comunicado. “Essas observações sem precedentes melhoraram muito a nossa compreensão do que acontece no centro de nossa galáxia e oferecem novos insights sobre como esses buracos negros gigantes interagem com seus arredores”.

A teoria da relatividade geral de Einstein descreve como objetos massivos podem deformar o tecido do universo, chamado espaço-tempo. A gravidade, descobriu Einstein, não é produzida por uma força invisível, mas é simplesmente nossa experiência do espaço-tempo se curvando e distorcendo na presença de matéria e energia. Buracos negros são pontos no espaço onde esse efeito de deformação se torna tão forte que as equações de Einstein não se aplicam, fazendo com que não apenas toda a matéria próxima, mas toda a luz próxima seja sugada para dentro.

Para construir um buraco negro, você precisa começar com uma estrela grande, uma com massa aproximadamente cinco a 10 vezes maior que a do sol. À medida que estrelas maiores se aproximam do fim de suas vidas, elas começam a fundir elementos cada vez mais pesados, como silício ou magnésio, dentro de seus núcleos em chamas. Porém, uma vez que esse processo de fusão começa a formar ferro, a estrela estará no caminho da autodestruição violenta. O ferro absorve mais energia para se fundir do que libera, fazendo com que a estrela perca sua capacidade de empurrar contra as imensas forças gravitacionais geradas por sua enorme massa. Ela colapsa sobre si mesma, empacotando primeiro seu núcleo e depois toda a matéria próxima a ela, em um ponto de dimensões infinitesimais e densidade infinita, uma singularidade. A estrela se torna um buraco negro e, além de um limite chamado horizonte de eventos, onde nada, nem mesmo a luz, pode escapar de sua atração gravitacional.

Exatamente como os buracos negros podem crescer para se tornarem supermassivos em escala, ainda é um mistério para os cientistas, embora as observações do universo primitivo sugiram que eles poderiam atingir seus enormes tamanhos se alimentando de nuvens densas de gás e se fundindo com outros buracos negros.

O EHT capturou a imagem, juntamente com a imagem de outro buraco negro supermassivo no centro da galáxia M87, em 2017. A imagem do buraco negro M87 foi apresentada em 2019, mas levou mais dois anos de análise de dados antes que o da Via Láctea estivesse pronta.

Parte da razão por trás do atraso são os tamanhos muito diferentes dos dois buracos negros supermassivos, o que, por sua vez, afeta as velocidades com que suas nuvens de plasma giram em torno de seus centros. O buraco negro M87 (M87*) é aproximadamente mil vezes maior que Sagitário A*, pesando 6,5 bilhões de vezes a massa do nosso Sol, e seu plasma quente leva dias ou até semanas para orbitá-lo. O plasma de Sagitário A*, por outro lado, pode girar em torno dele em poucos minutos.

Comparação dos tamanhos dos dois buracos negros para os quais a Colaboração EHT (Event Horizon Telescope) obteve imagens: M87*, no coração da galáxia Messier 87, e Sagitário A* (Sgr A*), no centro da Via Láctea. A imagem mostra a escala de Sgr A* em comparação com M87* e com outros elementos do Sistema Solar, tais como as órbitas de Plutão e Mercúrio. Também podemos ver o diâmetro do Sol e a atual localizacão da sonda Voyager 1, a mais afastada da Terra. M87*, que se situa a cerca de 55 milhões de anos-luz de distância, é um dos maiores buracos negros conhecidos. Enquanto Sgr A*, a 27 000 anos-luz de distância de nós, tem uma massa de cerca de quatro milhões de vezes a massa do Sol, M87* tem 600 vezes mais massa que Sgr A*. Devido às suas distâncias relativas à Terra, ambos os buracos negros parecem ter o mesmo tamanho no céu. Crédito da imagem: EHT collaboration (acknowledgment: Lia Medeiros, xkcd)

“Isso significa que o brilho e o padrão do gás ao redor de Sgr A* estavam mudando rapidamente enquanto a EHT Collaboration o observava, um pouco como tentar tirar uma foto clara de um filhote perseguindo rapidamente seu rabo”, Chi-kwan Chan, um EHT colaborador e astrofísico da Universidade do Arizona, disse em comunicado.

O processo de imagem foi ainda mais desafiador pela localização da Terra na borda da Via Láctea, o que significa que os pesquisadores tiveram que usar um supercomputador para filtrar a interferência das inúmeras estrelas, nuvens de gás e poeira espalhadas entre nós e Sagitário A*. O resultado final é uma imagem muito semelhante ao instantâneo de 2019 do M87 *, embora os dois buracos negros sejam muito diferentes em escala. Isso é algo que os pesquisadores atribuem à precisão surpreendente e persistente das equações da relatividade geral de Einstein.

O grupo Event Horizon Telescope anunciou em 12 de maio de 2022 que capturou a primeira imagem de Sagitário A*, o buraco negro no coração da nossa Via Láctea. Crédito da imagem: ESO

"Temos dois tipos de galáxias completamente diferentes e duas massas de buracos negros muito diferentes, mas perto da borda desses buracos negros eles parecem incrivelmente semelhantes", disse Sera Markoff, colaboradora do EHT e astrofísica da Universidade de Amsterdã, na Holanda, em declaração. “Isso nos diz que a relatividade geral governa esses objetos de perto, e quaisquer diferenças que vemos mais longe devem ser devido a diferenças no material que circunda os buracos negros”.

A análise detalhada da imagem já permitiu aos cientistas fazer algumas observações fascinantes sobre a natureza do nosso buraco negro. Primeiro, é instável, estacionado em um ângulo de 30 graus em relação ao resto do disco galáctico. Também parece estar adormecido, tornando-o diferente de outros buracos negros, como o M87*, que sugam material quente de nuvens de gás ou estrelas próximas antes de jogá-lo de volta ao espaço a velocidades próximas da luz.

Embora possam parecer semelhantes, os dois buracos negros fotografados pela Colaboração do Event Horizon Telescope (EHT) são na verdade muito diferentes. Sagitário A* (Sgr A*), o buraco negro no centro da Via Láctea, é mais de mil vezes menor que o buraco negro no centro da galáxia M87. A razão pela qual eles parecem do mesmo tamanho é por causa de suas distâncias relativas da Terra. Esta animação demonstra suas enormes diferenças de tamanho, mostrando como seria o buraco negro M87 se estivesse mais perto da Terra. O quadro final mostra os tamanhos dos dois buracos negros se ambos estivessem à mesma distância da Terra que Sgr A*. Crédito: ESO/M. Kornmesser, Colaboração EHT

Os cientistas continuarão com uma análise mais aprofundada desta imagem e do M87*, além de capturar imagens novas e aprimoradas. Mais imagens não apenas permitirão melhores comparações entre os buracos negros, mas também fornecerão detalhes aprimorados, permitindo que os cientistas vejam como os mesmos buracos negros mudam ao longo do tempo e o que acontece ao redor de seus horizontes de eventos. Isso poderia não apenas nos dar uma melhor compreensão de como nosso universo se formou, mas também ajudar na busca de dicas sobre onde as equações de Einstein poderiam dar lugar à física não descoberta.

Os pesquisadores publicaram seus resultados em uma série de artigos na revista The Astrophysical Journal Letters.

Mais informações: 

• The Astrophysical Journal Letters: iopscience.iop.org/journal/2041-8205
• Kazunori Akiyama et al, First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole in the Center of the Milky Way, The Astrophysical Journal Letters (2022). DOI: 10.3847/2041-8213/ac6674 , iopscience.iop.org/article/10. … 847/2041-8213/ac6674
• Kazunori Akiyama et al, First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. II. EHT and Multiwavelength Observations, Data Processing, and Calibration, The Astrophysical Journal Letters (2022). DOI: 10.3847/2041-8213/ac6675 , iopscience.iop.org/article/10. … 847/2041-8213/ac6675
• Kazunori Akiyama et al, First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. III. Imaging of the Galactic Center Supermassive Black Hole, The Astrophysical Journal Letters (2022). DOI: 10.3847/2041-8213/ac6429 , iopscience.iop.org/article/10. … 847/2041-8213/ac6429
• Kazunori Akiyama et al, First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. IV. Variability, Morphology, and Black Hole Mass, The Astrophysical Journal Letters (2022). DOI: 10.3847/2041-8213/ac6736 , iopscience.iop.org/article/10. … 847/2041-8213/ac6736
• Kazunori Akiyama et al, First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. V. Testing Astrophysical Models of the Galactic Center Black Hole, The Astrophysical Journal Letters (2022). DOI: 10.3847/2041-8213/ac6672 , iopscience.iop.org/article/10. … 847/2041-8213/ac6672
• Kazunori Akiyama et al, First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VI. Testing the Black Hole Metric, The Astrophysical Journal Letters (2022). DOI: 10.3847/2041-8213/ac6756 , iopscience.iop.org/article/10. … 847/2041-8213/ac6756

Junte-se aos nossos Canais Espaciais para continuar falando sobre o espaço nas últimas missões, céu noturno e muito mais! Siga-nos no facebook e no twitter. Inscreva-se no boletim informativo. E se você tiver uma dica, correção ou comentário, informe-nos aqui ou pelo e-mail: gaiaciencia@gaiaciencia.com.br

Referência:

TURNER, Ben. 1st image of our galaxy's 'black hole heart' unveiled. Live Science, Nova York, 12, mai. 2022. Disponível em: <https://www.livescience.com/first-image-black-hole-center-of-milky-way>. Acesso em: 12, mai. 2022.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.