Nicolle R. Fuller / NSF
Há um ano, foi revelada a fotografia de um buraco negro. Agora, uma equipa de cientistas fez cálculos para prever a forma como, um dia, poderemos ver estes objetos com grande detalhe.
Buracos negros são incrivelmente intensos gravitacionalmente. São tão grandes que até a velocidade da luz é demasiado lenta para atingir a velocidade de escape contra a sua atração gravitacional. Além disso, desviam o caminho da passagem da luz ao redor deles, além do horizonte de eventos.
Se um fotão a passar estiver muito próximo, ficará preso na órbita em redor do buraco negro. Isso cria aquilo que é chamado de “anel do fotões” ou “esfera de fotões”, um anel de luz perfeito que cerca o buraco negro dentro da borda interna do disco de acreção, mas fora do horizonte de evento. Isso também é conhecido como a órbita estável mais interna.
Jean-Pierre Luminet
Modelos dos arredores do buraco negro sugerem que o anel de fotões deve criar uma subestrutura complexa que consiste em infinitos anéis de luz.
“A imagem de um buraco negro, na verdade, contém uma série aninhada de anéis”, explicou o astrofísico Michael Johnson, do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, em comunicado. “Cada anel sucessivo tem aproximadamente o mesmo diâmetro, mas se torna cada vez mais nítido porque a sua luz orbita o buraco negro mais vezes antes de atingir o observador. Com a imagem atual do EHT, captamos apenas um vislumbre de toda a complexidade que deve surgir na imagem de qualquer buraco negro”.
Na histórica imagem do buraco negro M87*, divulgada no ano passado, conseguimos ver o disco de acréscimo. A parte preta no centro é a sombra do buraco negro.
Na verdade, não conseguimos ver a esfera de fotões, uma vez que o anel é muito fino e a resolução não é suficientemente alta para fazê-lo, mas deverá ficar ao redor da borda da sombra do buraco negro.
Porém, se o conseguíssemos ver, esse anel diria coisas muito importantes sobre o buraco negro. O tamanho do anel pode dizer-nos a massa, tamanho e rotação do buraco negro. Apesar de o podemos determinar a partir do disco de acreção, o anel de fotões permitiria restringir ainda mais os dados para uma medição mais precisa.
“Cada subanel consiste em fotões voltados para a tela do observador depois de terem sido colhidos pela camada de fotões de qualquer lugar do Universo”, escreveram os investigadores no artigo publicado este mês na revista científica Science Advances.
“Portanto, num cenário idealizado sem absorção, cada subsecção contém uma imagem separada e exponencialmente desmagnificada de todo o Universo, com cada subsequente a capturar o Universo visível num momento anterior. Juntos, o conjunto de sub-partes é semelhante aos quadros de um filme, capturando a história do Universo visível como vista do buraco negro”, explicaram.
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A equipa de investigadores usou modelagem para determinar a viabilidade de detetar os anéis de fotões em observações futuras e descobriram que é possível, embora não seja fácil.
“O que nos surpreendeu foi que, enquanto as subestruturas aninhadas são quase imperceptíveis a olho nu nas imagens, são sinais fortes e claros para conjuntos de telescópios chamados interferómetros”, disse Johnson. “Embora capturar imagens de buracos negros normalmente exija muitos telescópios distribuídos, as subestruturas são perfeitas para estudar com apenas dois telescópios muito distantes“.
Segundo os investigadores, colocar um telescópio na órbita baixa terrestre é um bom começo, mas apenas nos dará uma visão clara de um dos anéis. Para detetar a segunda subestrutura, é preciso ir mais além da órbita baixa da Terra, colocando um telescópio na Lua. Para o terceiro, além da Lua, numa posição estável criada pela interação gravitacional Sol-Terra chamada ponto Lagrange (L2).
Pode ser difícil, mas não impossível. A NASA está a planear uma missão tripulada à Lua e já temos vários satélites no L2.
