Webb da NASA unirá forças com o telescópio Event Horizon para revelar o buraco negro supermassivo da Via Láctea

No topo de montanhas isoladas por todo o planeta, os cientistas aguardam a notícia de que "é esta noite": a complexa coordenação entre dezenas de telescópios no solo e no espaço está completa, o céu está limpo, as questões tecnológicas foram resolvidas - as estrelas metafóricas estão alinhadas. É hora de olhar para o buraco negro supermassivo no coração da nossa Galáxia, a Via Láctea.

Um enorme vórtice rodopiante de gás quente brilha no infravermelho, assinalando a localização aproximada do buraco negro supermassivo no coração da nossa Galáxia, a Via Láctea. Esta composição em vários comprimentos de onda inclui luz infravermelha próxima capturada pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA e foi a imagem infravermelha mais nítida já feita da região do centro da Galáxia quando divulgada em 2009. Surtos dinâmicos oscilantes na região imediatamente ao redor do buraco negro, chamado Sagitário A*, complicaram os esforços da colaboração EHT para criar uma imagem mais próxima e detalhada. Embora o buraco negro propriamente dito não emita luz e não possa ser detetado por um telescópio, a equipa do EHT está a trabalhar para fotografá-lo, obtendo uma imagem nítida do gás quente brilhante e da poeira diretamente ao seu redor. O Telescópio Espacial James Webb da NASA, com lançamento previsto para dezembro de 2021, combinará a resolução do Hubble com ainda mais deteção de luz infravermelha. No seu primeiro ano de operações científicas, o Webb vai juntar-se ao EHT na observação de Sagitário A*, emprestando os seus dados infravermelhos para comparação com os dados de rádio do EHT, tornando mais fácil determinar quando os surtos brilhantes estão presentes, produzindo uma imagem geral mais nítida da região. Na composição mostrada aqui, as cores representam diferentes comprimentos de onda de luz. As observações no infravermelho próximo pelo Hubble são mostradas a amarelo, revelando centenas de milhares de estrelas, berçários estelares e gás aquecido. As observações infravermelhas mais profundas do Telescópio Espacial Spitzer da NASA são vistas a vermelho, revelando ainda mais estrelas e nuvens de gás. A luz detetada pelo Observatório de raios-X Chandra da NASA é mostrada a azul e violeta, indicando onde o gás é aquecido a milhões de graus por explosões estelares e fluxos do buraco negro supermassivo. Crédito: NASA, ESA, SSC, CXC, STScI

Este "Sudoku de agendamento", como os astrónomos o chamam, ocorre todos os dias durante uma campanha de observação pela colaboração EHT (Event Horizon Telescope) e em breve poderão contar com um novo jogador; o Telescópio Espacial James Webb da NASA vai juntar-se aos esforços. Durante a primeira série de observações do Webb, os astrónomos irão usar o seu poder de imagem infravermelha para abordar alguns dos desafios únicos e persistentes apresentados pelo buraco negro da Via Láctea, de nome Sagitário A* (Sgr A*; o asterisco pronuncia-se como "estrela"). 

Em 2017, o EHT usou o poder de imagem combinado de oito instalações de radiotelescópios por todo o planeta para capturar a primeira visão histórica da região imediatamente em torno de um buraco negro supermassivo, na galáxia M87. Sgr A* está mais perto, mas é mais escuro do que o buraco negro de M87, e o material em redor cintila, de modo que altera o padrão de luz de hora a hora, apresentando desafios para os astrónomos. 

"O buraco negro supermassivo da nossa Galáxia é o único que se conhece ter este tipo de surto e, embora isso tenha dificultado bastante a captura de uma imagem da região, também torna Sagitário A* ainda mais interessante cientificamente," disse o astrónomo Farhad Yusef-Zadeh, professor da Universidade Northwestern e investigador do programa Webb para a observação de Sgr A*. 

Estas proeminências aparecem devido à aceleração temporária, mas intensa, das partículas em torno do buraco negro para energias muito mais altas, com a emissão de luz correspondente. Uma grande vantagem de observar Sgr A* com o Webb é a capacidade de capturar dados em dois comprimentos de onda infravermelhos (F210M e F480M) simultaneamente e continuamente, a partir da localização do telescópio para lá da Lua. O Webb terá uma visão ininterrupta, observando ciclos de atividade e de calmaria que a equipa do EHT pode usar como referência com os seus próprios dados, resultando numa imagem mais limpa. 

A fonte ou mecanismo que causa os surtos de atividade ao redor de Sgr A* é altamente debatida. As respostas sobre como as erupções de Sgr A* começam, atingem o pico e se dissipam podem ter implicações de longo alcance para o estudo futuro dos buracos negros, bem como da física de partículas e do plasma, até mesmo das erupções solares. 

"Os buracos negros são incríveis," disse Sera Markoff, astrónoma da equipa de investigação de Sgr A* do Webb e atualmente vice-presidente do Conselho Científico do EHT. "A razão pela qual os cientistas e agências espaciais de todo o mundo se esforçam tanto para estudar os buracos negros é porque são os ambientes mais extremos do Universo conhecido, onde podemos colocar as nossas teorias fundamentais, como a relatividade geral, num teste prático." 

O gás aquecido gira em torno da região do buraco negro supermassivo da galáxia, a Via Láctea, iluminada por luz infravermelha capturada pelo telescópio espacial Hubble da NASA. Lançada em 2009 para comemorar o Ano Internacional da Astronomia, esta foi a imagem infravermelha mais nítida já feita da região do centro da galáxia. O próximo telescópio espacial James Webb da NASA, com lançamento previsto para dezembro de 2021, continuará esta pesquisa, combinando a resolução da força do Hubble com ainda mais capacidade de detecção de infravermelho. De particular interesse para os astrônomos serão as observações de Webb de chamas na área, que não foram observadas ao redor de qualquer outro buraco negro supermassivo e cuja causa é desconhecida. As chamas complicaram a busca da colaboração do Event Horizon Telescope (EHT) para capturar uma imagem da área imediatamente ao redor do buraco negro, Créditos: NASA, ESA, STScI, Q. Daniel Wang (UMass)

Os buracos negros, previstos por Albert Einstein como parte da sua teoria da relatividade geral, são, em certo modo, o oposto do que o seu nome indica - em vez de um buraco vazio no espaço, os buracos negros são as regiões de matéria mais densas e compactadas conhecidas. O campo gravitacional de um buraco negro é tão forte que curva o tecido do espaço em torno de si próprio, e qualquer material que se aproxime demais fica preso ali para sempre, juntamente com qualquer luz que o material emita. É por isso que os buracos negros aparecem "negros". Qualquer luz detetada pelos telescópios não provém realmente do buraco negro propriamente dito, mas da área em redor. Os cientistas chamam ao limite interno final desta luz o horizonte de eventos e é daí que a colaboração EHT recebe o seu nome.

 A imagem de M87 pelo EHT foi a primeira prova visual direta de que a previsão do buraco negro de Einstein estava correta. Os buracos negros continuam a ser uma zona experimental para a teoria de Einstein e os cientistas esperam que observações cuidadosamente programadas em vários comprimentos de onda de Sgr A* pelo EHT, pelo Webb, em raios-X e por outros observatórios diminuam a margem de erro nos cálculos da relatividade geral, ou talvez apontem para novos reinos da física que não entendemos atualmente. 

Por mais excitante que seja a perspetiva de um novo entendimento e/ou de uma nova física, Markoff e Zadeh realçam que isto é apenas o começo. "É um processo. Provavelmente teremos mais perguntas do que respostas ao início," disse Markoff. A equipa de investigação Sgr A* planeia pedir mais tempo de observação com o Webb nos próximos anos, para testemunhar outros eventos e construir uma base de conhecimento, determinando padrões de atividade a partir de eventos aparentemente aleatórios. As informações obtidas com o estudo de Sgr A* serão então aplicadas a outros buracos negros, para aprender o que é fundamental à sua natureza vs. o que torna um buraco negro único. 

Portanto, este stressante Sudoku de agendamento vai continuar por algum tempo, mas os astrónomos concordam que o esforço vale a pena. "É a coisa mais nobre que os humanos podem fazer: procurar a verdade," disse Zadeh. "Está na nossa natureza. Queremos saber como o Universo funciona porque fazemos parte do Universo. Os buracos negros podem conter pistas para algumas destas grandes questões." 

O Telescópio Espacial James Webb será o principal observatório de ciências espaciais do mundo quando for lançado ainda no final deste ano. O Webb resolverá mistérios no nosso Sistema Solar, olhará mais além para mundos distantes em redor de outras estrelas e investigará as misteriosas estruturas e origens do nosso Universo e o nosso lugar nele. O Webb é um programa internacional liderado pela NASA com os seus parceiros, a ESA e a Agência Espacial Canadiana.

Fonte: NASA