Nota de Imprensa

Primeira imagem direta de um buraco negro a expelir um poderoso jato

26 de Abril de 2023

Os astrónomos observaram, pela primeira vez numa mesma imagem, a sombra do buraco negro situado no centro da galáxia Messier 87 (M87) e o poderoso jato que este objeto lança para o espaço. As observações foram efetuadas em 2018, com telescópios pertencentes às redes GMVA (Global Millimetre VLBI Array), ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, do qual o ESO é um parceiro, e GLT (Greenland Telescope). Esta nova imagem ajuda os astrónomos a compreender melhor o processo que faz com que os buracos negros libertem jatos tão energéticos.

A maioria das galáxias alberga um buraco negro supermassivo no seu centro. Embora sejam conhecidos por engolir matéria da sua vizinhança imediata, os buracos negros podem também lançar poderosos jatos de matéria que se estendem para além das galáxias que os acolhem. Compreender como é que os buracos negros criam jatos tão grandes tem sido um problema de longa data na astronomia. “Sabemos que os jatos são lançados a partir da região que rodeia os buracos negros,” diz Ru-Sen do Observatório Astronómico de Xangai, na China, “no entanto, ainda não compreendemos totalmente como é que isto acontece. Para estudar diretamente este fenómeno, temos que observar a origem do jato tão perto do buraco negro quanto possível.”

A nova imagem publicada hoje mostra pela primeira vez isto mesmo: como a base de um jato se liga com a matéria que gira em torno de um buraco negro supermassivo. O alvo é a galáxia M87, localizada a 55 milhões de anos-luz, na nossa vizinhança cósmica, e que acolhe um buraco negro 6,5 mil milhões de vezes mais massivo do que o Sol. Observações anteriores tinham conseguido obter imagens separadas da região próxima do buraco negro e do jato, no entanto, esta é a primeira vez que ambas as estruturas foram observadas em conjunto. "Esta nova imagem completa a ‘fotografia’, ao mostrar simultaneamente a região em torno do buraco negro e o jato", acrescenta Jae-Young Kim do Instituto Max Planck de Radioastronomia, na Alemanha.

A imagem foi obtida com o GMVA, o ALMA e o GLT, que formam uma rede de radiotelescópios global, operando em conjunto como se de um telescópio virtual gigante do tamanho da Terra se tratassem. Com uma rede de telescópios assim tão grande podemos observar detalhes muito pequenos na região em torno do buraco negro de M87.

A nova imagem mostra o jato a emergir próximo do buraco negro, bem como a sombra do próprio buraco negro. À medida que orbita o buraco negro, a matéria aquece e emite luz. O buraco negro curva e captura alguma desta luz, criando uma estrutura semelhante a um anel em torno do buraco negro, quando visto a partir da Terra. A escuridão no centro do anel é a sombra do buraco negro, da qual foram obtidas pela primeira vez imagens com o telescópio EHT (Event Horizon Telescope), em 2017. Tanto esta nova imagem como a obtida anteriormente com o EHT, combinam dados colectados por vários radiotelescópios de todo o mundo, mas a imagem divulgada hoje mostra a radiação de rádio emitida a um comprimento de onda maior do que a do EHT: 3,5 mm em vez de 1,3 mm. "A este comprimento de onda, podemos ver como o jato emerge do anel de emissão em torno do buraco negro supermassivo central", diz Thomas Krichbaum, do Instituto Max Planck de Radioastronomia.

O tamanho do anel observado pela rede GMVA é cerca de 50% maior do que o da imagem obtida com o EHT. "Para compreender a origem física do anel maior e mais grosso, tivemos de utilizar simulações de computador para testar diferentes cenários", explica Keiichi Asada, da Academia Sinica de Taiwan. Os resultados sugerem que a nova imagem revela mais do material que está a cair em direcção ao buraco negro do que o que podíamos ver com o EHT.

Estas novas observações do buraco negro de M87 foram levadas a cabo em 2018 com o GMVA, que consiste em 14 radiotelescópios instalados na Europa e América do Norte [1]. Adicionalmente, foram conectadas ao GMVA duas outras infraestruturas: o telescópio da Gronelândia e o ALMA, do qual o ESO é um parceiro. O ALMA, constituído por 66 antenas instaladas no deserto chileno do Atacama, desempenhou um papel fundamental nestas observações. Os dados recolhidos por todos estes telescópios foram combinados, utilizando uma técnica chamada interferometria, que sincroniza os sinais captados por cada infraestrutura individual. No entanto, para obter de modo adequado a forma real de um objecto astronómico, é importante que os telescópios se encontrem espalhados por todo o planeta. Os telescópios GMVA estão na sua maioria alinhados Este-Oeste, pelo que a adição do ALMA no hemisfério Sul provou ser essencial para capturar esta imagem do jato e da sombra do buraco negro de M87. "Graças à localização e sensibilidade do ALMA, pudemos revelar a sombra do buraco negro e, ao mesmo tempo, observar mais profundamente a emissão do jato", explica Lu.

Estão previstas observações futuras com esta rede de telescópios, para se continuar a investigar como é que os buracos negros supermassivos podem lançar jatos tão poderosos. "Planeamos observar a região em redor do buraco negro situado no centro de M87 em diferentes comprimentos de onda de rádio para estudar melhor a emissão do jato", diz Eduardo Ros do Instituto Max Planck de Radioastronomia. Este tipo de observações simultâneas permitirão à equipa estudar os complicados processos que ocorrem perto do buraco negro supermassivo. "Os próximos anos serão bastante interessantes, uma vez que poderemos aprender mais sobre o que acontece perto de uma das regiões mais misteriosas do Universo", conclui Ros.

Notas

[1] A Rede VLBI coreana também faz agora parte do GMVA, no entanto, não participou nas observações aqui relatadas.

Informações adicionais

Este trabalho de investigação foi apresentado no artigo científico "A ring-like accretion structure in M87 connecting its black hole and jet" publicado na revista Nature (doi: 10.1038/s41586-023-05843-w).

A equipa é composta por Ru-Sen Lu (Shanghai Astronomical Observatory, People’s Republic of China [Shanghai]; Key Laboratory of Radio Astronomy, People’s Republic of China [KLoRA]; Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Germany [MPIfR]), Keiichi Asada (Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica, Taiwan, ROC [IoAaA]), Thomas P. Krichbaum (MPIfR), Jongho Park (IoAaA;  Korea Astronomy and Space Science Institute, Republic of Korea [KAaSSI]), Fumie Tazaki (Simulation Technology Development Department, Tokyo Electron Technology Solutions Ltd., Japan; Mizusawa VLBI Observatory, National Astronomical Observatory of Japan, Japan [Mizusawa]), Hung-Yi Pu (Department of Physics, National Taiwan Normal University, Taiwan, ROC; IoAaA; Center of Astronomy and Gravitation, National Taiwan Normal University, Taiwan, ROC), Masanori Nakamura (National Institute of Technology, Hachinohe College, Japan; IoAaA), Andrei Lobanov (MPIfR), Kazuhiro Hada (Mizusawa; Department of Astronomical Science, The Graduate University for Advanced Studies, Japan), Kazunori Akiyama (Black Hole Initiative at Harvard University, USA; Massachusetts Institute of Technology Haystack Observatory, USA [Haystack]; National Astronomical Observatory of Japan, Japan [NAOoJ]), Jae-Young Kim (Department of Astronomy and Atmospheric Sciences, Kyungpook National University, Republic of Korea; KAaSSI; MPIfR), Ivan Marti-Vidal (Departament d’Astronomia i Astrofísica, Universitat de València, Spain; Observatori Astronòmic, Universitat de València, Spain), Jose L. Gomez (Instituto de Astrofísica de Andalucía-CSIC, Spain [IAA]), Tomohisa Kawashima (Institute for Cosmic Ray Research, The University of Tokyo, Japan), Feng Yuan (Shanghai; Key Laboratory for Research in Galaxies and Cosmology, Chinese Academy of Sciences, People’s Republic of China; School of Astronomy and Space Sciences, University of Chinese Academy of Sciences, People’s Republic of China [SoAaSS]), Eduardo Ros (MPIfR), Walter Alef (MPIfR), Silke Britzen (MPIfR), Michael Bremer (Institut de Radioastronomie Millimétrique, France [IRAMF]), Avery E. Broderick (Department of Physics and Astronomy, University of Waterloo, Canada [Waterloo]; Waterloo Centre for Astrophysics, University of Waterloo, Canada; Perimeter Institute for Theoretical Physics, Canada), Akihiro Doi (The Institute of Space and Astronautical Science, Japan Aerospace Exploration Agency, Japan; Department of Space and Astronautical Science, SOKENDAI, Japan [SOKENDAI]), Gabriele Giovannini (Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Bologna, Italy; Istituto di Radio Astronomia, INAF, Bologna, Italy [INAF]), Marcello Giroletti (INAF), Paul T. P. Ho (IoAaA), Mareki Honma (Mizusawa; Hachinohe; Department of Astronomy, The University of Tokyo, Japan), David H. Hughes (Instituto Nacional de Astrofísica, Mexico), Makoto Inoue (IoAaA), Wu Jiang (Shanghai), Motoki Kino (NAOoJ; Kogakuin University of Technology and Engineering, Japan), Shoko Koyama (Niigata University, Japan; IoAaA), Michael Lindqvist (Department of Space, Earth and Environment, Chalmers University of Technology, Sweden [Chalmers]), Jun Liu (MPIfR), Alan P. Marscher (Institute for Astrophysical Research, Boston University, USA), Satoki Matsushita (IoAaA), Hiroshi Nagai (NAOoJ; SOKENDAI), Helge Rottmann (MPIfR), Tuomas Savolainen (Department of Electronics and Nanoengineering, Aalto University, Finland; Metsähovi Radio Observatory, Finland [Metsähovi]; MPIfR), Karl-Friedrich Schuster (IRAMF), Zhi-Qiang Shen (Shanghai; KLoRA), Pablo de Vicente (Observatorio de Yebes, Spain [Yebes]), R. Craig Walker (National Radio Astronomy Observatory, Socorro, USA), Hai Yang (Shanghai; SoAaSS), J. Anton Zensus (MPIfR), Juan Carlos Algaba (Department of Physics, Universiti Malaya, Malaysia), Alexander Allardi (University of Vermont, USA), Uwe Bach (MPIfR), Ryan Berthold (East Asian Observatory, USA [EAO]), Dan Bintley (EAO), Do-Young Byun (KAaSSI; University of Science and Technology, Daejeon, Republic of Korea), Carolina Casadio (Institute of Astrophysics, Heraklion, Greece; Department of Physics, University of Crete, Greece), Shu-Hao Chang (IoAaA), Chih-Cheng Chang (National Chung-Shan Institute of Science and Technology, Taiwan, ROC [Chung-Shan]), Song-Chu Chang (Chung-Shan), Chung-Chen Chen (IoAaA), Ming-Tang Chen (Institute of Astronomy and Astrophysics, Academia Sinica, USA [IAAAS]), Ryan Chilson (IAAAS), Tim C. Chuter (EAO), John Conway (Chalmers), Geoffrey B. Crew (Haystack), Jessica T. Dempsey (EAO; Astron, The Netherlands [Astron]), Sven Dornbusch (MPIfR), Aaron Faber (Western University, Canada), Per Friberg (EAO), Javier González García (Yebes), Miguel Gómez Garrido (Yebes), Chih-Chiang Han (IoAaA), Kuo-Chang Han (System Development Center, National Chung-Shan Institute of Science and Technology, Taiwan, ROC), Yutaka Hasegawa (Osaka Metropolitan University, Japan [Osaka]), Ruben Herrero-Illana (European Southern Observatory, Chile), Yau-De Huang (IoAaA), Chih-Wei L. Huang (IoAaA), Violette Impellizzeri (Leiden Observatory, the Netherlands; National Radio Astronomy Observatory, Charlottesville, USA [NRAOC]), Homin Jiang (IoAaA), Hao Jinchi (Electronic Systems Research Division, National Chung-Shan Institute of Science and Technology, Taiwan, ROC), Taehyun Jung (KAaSSI), Juha Kallunki (Metsähovi), Petri Kirves (Metsähovi), Kimihiro Kimura (Japan Aerospace Exploration Agency, Japan), Jun Yi Koay (IoAaA), Patrick M. Koch (IoAaA), Carsten Kramer (IRAMF), Alex Kraus (MPIfR), Derek Kubo (IAAAS), Cheng-Yu Kuo (National Sun Yat-Sen University, Taiwan, ROC), Chao-Te Li (IoAaA), Lupin Chun-Che Lin (Department of Physics, National Cheng Kung University, Taiwan, ROC ), Ching-Tang Liu (IoAaA), Kuan-Yu Liu (IoAaA), Wen-Ping Lo (Department of Physics, National Taiwan University, Taiwan, ROC; IoAaA), Li-Ming Lu (Chung-Shan), Nicholas MacDonald (MPIfR), Pierre Martin-Cocher (IoAaA), Hugo Messias (Joint ALMA Observatory, Chile; Osaka), Zheng Meyer-Zhao (Astron; IoAaA), Anthony Minter (Green Bank Observatory, USA), Dhanya G. Nair (Astronomy Department, Universidad de Concepción, Chile), Hiroaki Nishioka (IoAaA), Timothy J. Norton (Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, USA [CfA]), George Nystrom (IAAAS), Hideo Ogawa (Osaka), Peter Oshiro (IAAAS), Nimesh A. Patel (CfA), Ue-Li Pen (IoAaA), Yurii Pidopryhora (MPIfR; Argelander-Institut für Astronomie, Universität Bonn, Germany), Nicolas Pradel (IoAaA), Philippe A. Raffin (IAAAS), Ramprasad Rao (CfA), Ignacio Ruiz (Institut de Radioastronomie Millimétrique, Granada, Spain [IRAMS]), Salvador Sanchez (IRAMS), Paul Shaw (IoAaA), William Snow (IAAAS), T. K. Sridharan (NRAOC; CfA), Ranjani Srinivasan (CfA; IoAaA), Belén Tercero (Yebes), Pablo Torne (IRAMS), Thalia Traianou (IAA; MPIfR), Jan Wagner (MPIfR), Craig Walther (EAO), Ta-Shun Wei (IoAaA), Jun Yang (Chalmers), Chen-Yu Yu (IoAaA).

Este trabalho fez uso de dados obtidos pela rede GMVA (Global Millimeter VLBI Array), a qual é constituída por telescópios operados pelo Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR), Institut de Radioastronomie Millimétrique (IRAM), Onsala Space Observatory (OSO), Metsähovi Radio Observatory (MRO), Yebes, the Korean VLBI Network (KVN), the Green Bank Telescope (GBT) e Very Long Baseline Array (VLBA).

O Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), uma infraestrutura astronómica internacional, surge no âmbito de uma parceria entre o ESO, a Fundação Nacional de Ciências dos Estados Unidos (NSF) e os Institutos Nacionais de Ciências da Natureza (NINS) do Japão, em cooperação com a República do Chile. O ALMA é financiado pelo ESO em prol dos seus Estados Membros, pela NSF em cooperação com o Conselho de Investigação Nacional do Canadá (NRC) e o Conselho Nacional de Ciência e Tecnologia da Taiwan e pelo NINS em cooperação com a Academia Sinica (AS) da Taiwan e o Instituto de Astronomia e Ciências do Espaço da Coreia (KASI). A construção e operação do ALMA é coordenada pelo ESO, em prol dos seus Estados Membros; pelo Observatório Nacional de Rádio Astronomia dos Estados Unidos (NRAO), que é gerido pela Associação de Universidades, Inc. (AUI), em prol da América do Norte; e pelo Observatório Astronómico Nacional do Japão (NAOJ), em prol do Leste Asiático. O Observatório Conjunto ALMA (JAO) fornece uma liderança e gestão unificadas na construção, comissionamento e operação do ALMA.

A preparação, reconstrução e operação do GLT (Greenland Telescope) são lideradas pela Academia Sinica, Institute of Astronomy and Astrophysics (ASIAA) e Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO).

O Observatório Europeu do Sul (ESO) ajuda cientistas de todo o mundo a descobrir os segredos do Universo, o que, consequentemente, beneficia toda a sociedade. No ESO concebemos, construimos e operamos observatórios terrestres de vanguarda — os quais são usados pelos astrónomos para investigar as maiores questões astronómicas da nossa época e levar ao público o fascínio da astronomia — e promovemos colaborações internacionais em astronomia. Estabelecido como uma organização intergovernamental em 1962, o ESO é hoje apoiado por 16 Estados Membros (Alemanha, Áustria, Bélgica, Dinamarca, Espanha, Finlândia, França, Irlanda, Itália, Países Baixos, Polónia, Portugal, Reino Unido, República Checa, Suécia e Suíça), para além do Chile, o país de acolhimento, e da Austrália como Parceiro Estratégico. A Sede do ESO e o seu centro de visitantes e planetário, o Supernova do ESO, situam-se perto de Munique, na Alemanha, enquanto o deserto chileno do Atacama, um lugar extraordinário com condições únicas para a observação dos céus, acolhe os nossos telescópios. O ESO mantém em funcionamento três observatórios: La Silla, Paranal e Chajnantor. No Paranal, o ESO opera o Very Large Telescope e o Interferómetro do Very Large Telescope, assim como telescópios de rastreio, tal como o VISTA. Ainda no Paranal, o ESO acolherá e operará o Cherenkov Telescope Array South, o maior e mais sensível observatório de raios gama do mundo. Juntamente com parceiros internacionais, o ESO opera o APEX e o ALMA no Chajnantor, duas infraestruturas que observam o céu no domínio do milímetro e do submilímetro. No Cerro Armazones, próximo do Paranal, estamos a construir “o maior olho do mundo voltado para o céu” — o Extremely Large Telescope do ESO. Dos nossos gabinetes em Santiago do Chile, apoiamos as nossas operações no país e trabalhamos com parceiros chilenos e com a sociedade chilena.

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Este texto é a tradução da Nota de Imprensa do ESO eso2305, 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.