Aqui está o que seria necessário para ver o anel de fótons de um buraco negro

Buracos negros supermassivos são criaturas esquivas. Enormes bestas gravitacionais que podem alimentar quasares imensamente brilhantes ou podem espreitar silenciosamente entre as estrelas brilhantes de um núcleo galáctico.

A imagem EHT de M87* comparada com seu anel de fótons. Crédito: Esquerda: Colaboração EHT, Direita: AE Broderick et al, 2022 

Nós os estudamos principalmente indiretamente através de seus discos de acreção brilhantes ou poderosos jatos de plasma que eles criam, mas conseguimos observá-los mais diretamente, como nossas imagens de M87* e Sag A*. Mas o que ainda nos escapa é capturar uma imagem direta do enigmático anel de fótons . Um novo trabalho na Acta Astronautica propõe como isso pode ser feito. Os buracos negros são nada mais nada menos do que uma estrutura distorcida de espaço e tempo. 

Eles são definidos pela presença de um horizonte de eventos, que é uma fronteira de superfície fechada através da qual a luz pode atravessar apenas uma vez. É o ponto sem volta. Qualquer coisa que cruze o horizonte de eventos de um buraco negro ficará para sempre presa em sua armadilha gravitacional.

Mas existem outras estruturas definidoras perto de um buraco negro, como a camada de fótons. Este é o limite interno das órbitas circulares estáveis ​​dos fótons. Em teoria, a luz na camada de fotões pode orbitar o buraco negro para sempre, embora, na realidade, pequenas flutuações gravitacionais tornariam as órbitas instáveis ​​ao longo do tempo. Se o horizonte de eventos tiver um raio de R, então a camada de fótons terá um raio de 1,5R

As estruturas de um buraco negro simples. Crédito: John F. Lindner, The College of Wooster

Não podemos observar o horizonte de eventos ou a camada de fótons diretamente, mas podemos observar a próxima característica mais próxima. Conhecido como anel de fótons, é o fino círculo de luz causado pelos fótons que passaram tão perto do buraco negro que suas trajetórias são desviadas diretamente em nossa direção. Para um buraco negro simples, o anel de fótons tem um raio de cerca de 2,6R.

Para um buraco negro real em rotação, as coisas são um pouco mais complicadas, já que o giro de um buraco negro aumenta a energia de um fóton na direção de rotação, mas em qualquer caso, o anel de fótons é a estrutura de buraco negro mais próxima que podemos observar a partir de um buraco negro. distância. Como tal, poderia nos dizer muito sobre os buracos negros e se a teoria gravitacional de Einstein é precisa.

O anel de fótons de M87* é capturado nas imagens EHT do buraco negro que temos atualmente, mas não é distinto. Algumas pesquisas argumentam que podemos extrair os dados do anel de fótons do fundo, mas isso tem sido contestado. Um grande problema com a captura do anel de fótons é que a corrente está no seu limite de resolução.

Foi preciso tudo o que podíamos fazer para obter as imagens borradas de M87* e Sag A* que temos. Existem planos para construir um Telescópio de Horizonte de Eventos (ngEHT) de próxima geração, com mais observatórios e detectores mais sensíveis, mas mesmo isso pode não ser suficiente para ver o anel de fótons.

Órbitas elípticas propostas para o VLBI. Crédito: Hudson, et al

Portanto, este novo estudo propõe uma constelação de Interferômetros de Linha de Base Muito Longa (VLBI) baseados no espaço. As antenas podem ser colocadas em uma ampla órbita terrestre ou orbitar o ponto L2 Lagrange entre a Terra e a Lua. Sem a interferência da atmosfera terrestre, os receptores desta constelação poderiam capturar luz de rádio em comprimentos de onda mais curtos do que os observatórios terrestres. 

Ao colocar as antenas em órbitas elípticas, o conjunto poderia atingir uma linha de base efetiva muito mais larga que o diâmetro da Terra. Ambas as características permitiriam aos astrónomos capturar imagens de alta resolução de M87* e Sag A* e observar os seus anéis de fotões. O telescópio proposto também seria capaz de capturar imagens de baixa resolução de outros buracos negros supermassivos, como o da galáxia de Andrômeda.

Este estudo é uma prova de conceito. Passarão décadas até que possamos construir tal telescópio, e há vários desafios de engenharia que precisariam ser resolvidos para alcançar tal projeto. Mas vale a pena pensar nessas ideias. O anel de fótons é o Santo Graal da astronomia dos buracos negros, e só o capturaremos se nos esforçarmos para ir mais longe do que conseguimos até agora.

Fonte: Universetoday.com