Nota de Imprensa

Astrónomos obtêm primeira imagem de um buraco negro

ESO, ALMA e APEX contribuem para uma mudança de paradigma com observações do enorme buraco negro situado no coração da galáxia M87

10 de Abril de 2019

O Event Horizon Telescope (EHT) — uma rede à escala planetária de oito rádio telescópios colocados no solo, formada através de colaboração internacional — foi concebido para capturar imagens de um buraco negro. Hoje, em conferências de imprensa coordenadas em todo o mundo, os investigadores do EHT revelam que foram bem sucedidos, mostrando a primeira evidência visual direta de um buraco negro supermassivo e da sua sombra.

Este resultado pioneiro foi anunciado hoje numa série de seis artigos científicos publicados num número especial da revista da especialidade The Astrophysical Journal Letters. A imagem revela o buraco negro situado no centro de Messier 87 [1], uma galáxia massiva localizada no enxame de galáxias da Virgem. Este buraco negro reside a 55 milhões de anos-luz de distância da Terra e possui uma massa de 6,5 mil milhões de vezes a do Sol [2].

O EHT liga telescópios situados em todo o globo, formando um telescópio virtual do tamanho da Terra sem precedentes [3]. O EHT proporciona aos astrónomos uma nova maneira de estudarem os objetos mais extremos do Universo previstos pela relatividade geral de Einstein durante o ano centenário da experiência histórica que confirmou esta teoria pela primeira vez [4].

“Tirámos a primeira fotografia de um buraco negro,” disse o diretor do projeto EHT, Sheperd S. Doeleman do Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, EUA. “Trata-se de um feito científico extraordinário levado a cabo por uma equipa de mais de 200 investigadores.”

Os buracos negros são objetos cósmicos extraordinários com massas enormes e tamanhos extremamente compactos. A presença destes objetos afecta o meio onde estão inseridos de maneira extrema, deformando o espaço-tempo e superaquecendo o material que os rodeia.

“Se estiverem imersos numa região brilhante, como um disco de gás brilhante, pensamos que o buraco negro crie uma região escura semelhante a uma sombra — algo previsto pela relatividade geral de Einstein que nunca foi observado anteriormente ,” explica o Presidente do Conselho Científico do EHT, Heino Falcke da Universidade Radboud, na Holanda. “Esta sombra, causada pela curvatura gravitacional e captura da luz no horizonte de eventos, revela-nos muito sobre a natureza destes fascinantes objetos e permite-nos medir a enorme massa do buraco negro de M87.”

Calibrações múltiplas e métodos de obtenção de imagens revelaram uma estrutura semelhante a um disco com uma região central escura — a sombra do buraco negro — que se manteve em várias observações independentes do EHT.

“Quando tivemos a certeza de ter efectivamente capturado a sombra, pudemos comparar o nosso resultado com uma extensa biblioteca de modelos de computador, a qual inclui a física do espaço deformado, matéria superaquecida e campos magnéticos muito fortes. Muitas das estruturas da imagem observada ajustam surpreendentemente bem os nossos modelos teóricos, o que nos dá confiança na interpretação das observações, incluindo a estimativa da massa do buraco negro,” comenta Paul T. P. Ho, membro do Conselho do EHT e Diretor do Observatório do Leste Asiático [5].

"O confronto entre a teoria e as observações é sempre um momento dramático para os teóricos. Foi um alívio e um motivo de orgulho ver que as observações ajustavam tão bem as nossas previsões," explica Luciano Rezzolla da Goethe Universität, na Alemanha, também membro do Conselho do EHT.

Criar o EHT tratou-se de um desafio enorme, pois foi necessário atualizar e ligar uma rede mundial de oito telescópios pré—existentes colocados numa quantidade de locais de altitude elevada. Estes locais incluem vulcões no Hawai e no México, montanhas no Arizona, EUA, a Sierra Nevada espanhola, o deserto chileno do Atacama e a Antártida.

As observações do EHT usaram uma técnica conhecida por interferometria de linha de base muito longa (VLBI, sigla do inglês para very-long-baseline interferometry), que sincroniza os vários telescópios e explora a rotação do nosso planeta de modo a formar um enorme telescópio do tamanho da Terra, que observa a um comprimento de onda de 1,3 mm. A VLBI permite ao EHT atingir uma resolução angular de 20 micro-segundos de arco — o suficiente para se ler um jornal colocado em Nova Iorque a partir de um café em Paris [6].

Os telescópios que contribuíram para este resultado foram: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Atacama Pathfinder Experiment (APEX), telescópio IRAM de 30 metros, James Clerk Maxwell Telescope, Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano, Submillimeter Array, Submillimeter Telescope e South Pole Telescope [7]. Foram combinados petabytes de dados obtidos por estes telescópios em supercomputadores altamente especializados, situados no Instituto Max Planck de Rádio Astronomia e no MIT Haystack Observatory.

As infraestruturas e financiamento europeu desempenharam um papel crucial neste esforço mundial, com a participação de telescópios europeus avançados e o apoio do Conselho Europeu de Investigação — particularmente com uma bolsa de 14 milhões de euros para o projeto BlackHoleCam [8]. Os apoios do ESO, IRAM e Sociedade Max Planck foram também determinantes. “Este resultado apoia-se em décadas de experiência europeia na área da astronomia milimétrica”, comentou Karl Schuster, Diretor do IRAM e membro do Conselho do EHT.

A construção do EHT e as observações anunciadas hoje representam o culminar de décadas de trabalho observacional, técnico e teórico. Este exemplo de trabalho de equipa global apoiou-se em colaborações estreitas entre investigadores de todo o mundo. Treze instituições parceiras trabalharam em conjunto para criar o EHT, fazendo uso tanto de infraestruturas já existentes como do apoio de várias agências. O financiamento principal foi dado pela Fundação Nacional de Ciências dos Estados Unidos da América (NSF), pelo Conselho Europeu de Investigação da União Europeia (ERC) e por agências financiadoras do Leste Asiático [8].

“O ESO orgulha-se de ter contribuído de forma significativa para este resultado através da sua liderança europeia e papel principal em dois dos telescópios componentes do EHT, situados no Chile — o ALMA e o APEX,” comentou o Diretor Geral do ESO, Xavier Barcons. “O ALMA é a infraestrutura mais sensível do EHT e as suas 66 antenas de alta precisão foram determinantes no sucesso do EHT.”

“Conseguimos algo que se julgava impossível há apenas uma geração atrás,” concluiu Doeleman. “Juntámos avanços pioneiros em tecnologia, ligações entre os melhores rádio observatórios do mundo e algoritmos inovadores para abrir uma nova janela para os buracos negros e o seu horizonte de eventos.”

Notas

[1] A sombra de um buraco negro é o mais próximo da imagem do buraco negro propriamente dito que conseguimos obter, já que este é um objeto completamente escuro do qual a luz não pode escapar. A fronteira do buraco negro — o horizonte de eventos que dá o nome ao EHT — é cerca de 2,5 vezes mais pequena que a sombra que projeta e mede menos de 40 mil milhões de km de um lado ao outro.

[2] Os buracos negros supermassivos são objetos astronómicos relativamente pequenos — o que faz com que até agora tenham sido impossíveis de observar diretamente. Como o tamanho do horizonte de eventos de um buraco negro é proporcional à sua massa, quanto mais massivo for o buraco negro, maior será a sua sombra. Graças à sua enorme massa e relativa proximidade, previu-se que o buraco negro de M87 fosse um dos maiores visto a partir da Terra — o que o tornou num excelente alvo para o EHT.

[3] Apesar dos telescópios não estarem fisicamente ligados, foi possível sincronizar os dados colectados com relógios atómicos — masers de hidrogénio — que dão o tempo preciso das observações. Estas observações foram obtidas a um comprimento de onda de 1,3 mm durante uma campanha global em 2017. Cada telescópio do EHT produziu enormes quantidades de dados — cerca de 350 terabytes por dia — os quais foram armazenados em discos de hélio de elevado desempenho. Estes dados foram depois combinados em supercomputadores altamente especializados — chamados correladores — existentes no Instituto Max Planck de Rádio Astronomia e no Observatório Haystack do MIT. Foram seguidamente convertidos numa imagem usando ferramentas computacionais inovadoras, desenvolvidas pela colaboração.

[4] Há 100 anos, duas expedições partiram da Ilha do Príncipe, na costa de África, e do Sobral, no Brasil, para observarem o eclipse total de 1919, com o intuito de testarem a relatividade geral ao observarem se a luz estelar se curvava em torno do limbo do Sol, tal como previsto por Einstein. Seguindo um pouco este espírito, o EHT enviou membros da sua equipa a algumas das mais altas e isoladas infraestruturas rádio do mundo para, uma vez mais, testarem a nossa compreensão da gravidade.

[5] O parceiro East Asian Observatory (EAO) no projeto EHT representa a participação de muitas regiões da Ásia, incluindo China, Japão, Coreia, Taiwan, Vietname, Tailândia, Malásia, Índia e Indonésia.

[6] As observações do EHT no futuro próximo irão ver um aumento substancial da sua sensibilidade, devido à participação dos IRAM NOEMA Observatory, Greenland Telescope e Kitt Peak Telescope. 

[7] O ALMA surge no âmbito de uma parceria entre o Observatório Europeu do Sul (ESO; Europa, representando os seus Estados Membros), a Fundação Nacional de Ciências dos Estados Unidos (NSF) e os Institutos Nacionais de Ciências da Natureza (NINS) do Japão, juntamente com o Conselho de Investigação Nacional do Canadá, o Ministério de Ciência e Tecnologia (MOST; Taiwan), a Academia Sinica/Instituto de Astronomia e Astrofísica (ASIAA; Taiwan) e o Instituto de Astronomia e Ciências do Espaço da Coreia (KASI; República da Coreia), em cooperação com a República do Chile. O APEX é operado pelo ESO, o telescópio de 30 metros é operado pelo IRAM (as Organizações Parceiras do IRAM são MPG (Max Planck Society, Alemanha), CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique, França) e IGN (Instituto Geográfico Nacional, Espanha)), o James Clerk Maxwell Telescope é operado pelo EAO (East Asian Observatory), o Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano é operado pelo INAOE (Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica, Espanha) e UMass (University of Massachusetts, EUA), o Submillimeter Array é operado pelo SAO (Smithsonian Astrophysical Observatory, EUA) e ASIAA e o Submillimeter Telescope é operado pelo ARO (Arizona Radio Observatory, EUA). O South Pole Telescope é operado pela Universidade de Chicago, EUA, com instrumentação especializada para o EHT fornecida pela Universidade do Arizona, EUA.

[8] O BlackHoleCam é um projeto financiado pela União Europeia para obter imagens, fazer medições e compreender os buracos negros astrofísicos. O principal objetivo do BlackHoleCam e do EHT é obter as primeiras imagens de sempre do buraco negro com um milhar de milhões de massas solares situado no centro da galáxia próxima M87 e do seu vizinho mais pequeno, Sagitário A*, o buraco negro supermassivo que se encontra no centro da nossa Via Láctea. Deste modo, poder-se-á determinar com extrema precisão a deformação do espaço-tempo causada por um buraco negro.

Informações adicionais

Este trabalho foi descrito numa série de seis artigos científicos publicados hoje num número especial da revista da especialidade The Astrophysical Journal Letters.

A colaboração EHT envolve mais de 200 investigadores da África, Europa, América do Norte e do Sul. Esta colaboração internacional pretende capturar as imagens mais detalhadas de sempre de buracos negros, ao criar um telescópio virtual do tamanho da Terra. Apoiado por investimento internacional considerável, o EHT liga telescópios já existentes usando sistemas inovadores — criando assim um instrumento fundamentalmente novo com a maior resolução angular alguma vez atingida.

Os telescópios individuais envolvidos são: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Atacama Pathfinder Experiment (APEX), telescópio IRAM de 30 metros, IRAM NOEMA Observatory, James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), Large Millimeter Telescope (LMT), Submillimeter Array (SMA), Submillimeter Telescope (SMT), South Pole Telescope (SPT), Kitt Peak Telescope e Greenland Telescope (GLT).

O consórcio EHT é constituído por 13 institutos investidores: Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, University of Arizona, University of Chicago, East Asian Observatory, Goethe-Universitaet Frankfurt, Institut de Radioastronomie Millimétrique, Large Millimeter Telescope, Max Planck Institute for Radio Astronomy, MIT Haystack Observatory, National Astronomical Observatory of Japan, Perimeter Institute for Theoretical Physics, Radboud University e Smithsonian Astrophysical Observatory.

O ESO é a mais importante organização europeia intergovernamental para a investigação em astronomia e é de longe o observatório astronómico mais produtivo do mundo. O ESO tem 16 Estados Membros: Alemanha, Áustria, Bélgica, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Holanda, Irlanda, Itália, Polónia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça, para além do país de acolhimento, o Chile, e a Austrália, um parceiro estratégico. O ESO destaca-se por levar a cabo um programa de trabalhos ambicioso, focado na concepção, construção e operação de observatórios astronómicos terrestres de ponta, que possibilitam aos astrónomos importantes descobertas científicas. O ESO também tem um papel importante na promoção e organização de cooperação na investigação astronómica. O ESO mantém em funcionamento três observatórios de ponta no Chile: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, o ESO opera  o Very Large Telescope e o Interferómetro do Very Large Telescope, o observatório astronómico óptico mais avançado do mundo, para além de dois telescópios de rastreio: o VISTA, que trabalha no infravermelho, e o VLT Survey Telescope, concebido exclusivamente para mapear os céus no visível. O ESO é também um parceiro principal em duas infraestruturas situadas no Chajnantor, o APEX e o ALMA, o maior projeto astronómico que existe atualmente. E no Cerro Armazones, próximo do Paranal, o ESO está a construir o Extremely Large Telescope (ELT) de 39 metros, que será “o maior olho do mundo virado para o céu”.

Links

• Página web do EHT no ESO
• Convite aos media para a conferência de imprensa
• Website e nota de imprensa do projeto EHT
• ESOBlog sobre o Projeto EHT
• Imagens do ALMA
• Imagens do APEX
• Artigos científicos:
  • Artigo I: The Shadow of the Supermassive Black Hole
  • Artigo II: Array and Instrumentation
  • Artigo III: Data processing and Calibration
  • Artigo IV: Imaging the Central Supermassive Black Hole
  • Artigo V: Physical Origin of the Asymmetric Ring
  • Artigo VI: The Shadow and Mass of the Central Black Hole

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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso1907, cortesia do ESON, uma rede de pessoas nos Países Membros do ESO, que servem como pontos de contacto local com os meios de comunicação social, em ligação com os desenvolvimentos do ESO. A representante do nodo português é Margarida Serote.