eso1907pt-br — Nota de imprensa científica

Astrônomos 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 Messier 87

10 de Abril de 2019

O Event Horizon Telescope (EHT) — uma rede em escala planetária de oito radiotelescópios colocados em 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 pesquisadores do EHT revelam que foram bem sucedidos, mostrando a primeira evidência direta visual 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 The Astrophysical Journal Letters. A imagem revela o buraco negro situado no centro de Messier 87 [1], uma galáxia massiva localizada no aglomerado de galáxias da Virgem. Este buraco negro está a 55 milhões de anos-luz de distância da Terra e possui uma massa de 6,5 bilhões de vezes a do Sol [2].

O EHT conecta telescópios situados em todo o globo, formando um telescópio virtual do tamanho da Terra sem precedentes [3]. O EHT proporciona aos astrônomos 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].

“Fizemos a primeira fotografia a 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 pesquisadores.”

Os buracos negros são objetos cósmicos extraordinários com massas enormes e tamanhos extremamente compactos. A presença destes objetos afeta 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 que captura da luz no horizonte de eventos, nos revela muito sobre a natureza destes fascinantes objetos e nos permite 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 efetivamente capturado a sombra, pudemos comparar o nosso resultado com uma extensa biblioteca de modelos computacionais que incluem a física do espaço distorcido, matéria superaquecida e fortes campos magnéticos,” observa Paul T.P. Ho, membro do Conselho do EHT e diretor do East Asian Observatory. “A imagem observada se ajusta bem com a nossa compreensão teórica, nos deixando confiantes na interpretação de nossas observações, incluindo nossa estimativa da massa do buraco negro”, comenta o membro do Conselho do EHT, Luciano Rezzolla, da Goethe Universität, Alemanha.

Criar o EHT consistiu de um enorme desafio, pois foi necessário atualizar e conectar 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 microsegundos de arco — o suficiente para se ler um jornal colocado em Nova Iorque à distância de um café em Paris [5].

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 [6]. Foram combinados petabytes de dados obtidos por estes telescópios em supercomputadores altamente especializados, situados no Instituto Max Planck de Radioastronomia 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 Pesquisa — particularmente com uma bolsa de 14 milhões de euros para o projeto BlackHoleCam [7]. Os apoios do ESO, IRAM e Sociedade Max Planck foram também determinantes. “Este resultado se apoia 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 equipe global se apoiou em colaborações estreitas entre pesquisadores 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 Pesquisa da União Europeia (ERC) e por agências financiadoras do Leste Asiático [8].

“O ESO se orgulha 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 uma geração atrás julgava impossível ,” concluiu Doeleman. “Juntamos avanços pioneiros em tecnologia, ligações entre os melhores radioobservatórios 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 menor que a sombra que projeta e mede menos de 40 bilhões de km de um lado ao outro.

[2] Os buracos negros supermassivos são objetos astronômicos relativamente pequenos — o que faz com que até agora tenham sido impossíveis de serem observados 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 coletados com relógios atômicos — masers de hidrogênio — 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 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 para a Ilha do Príncipe, na costa de África, e para 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] As observações do EHT no futuro próximo irão ter um aumento substancial da sua sensibilidade, devido à participação dos IRAM NOEMA Observatory, Greenland Telescope e Kitt Peak Telescope. 

[6] 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 Pesquisa 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.

[7] 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 do buraco negro com bilhões de massas solares situado no centro da galáxia próxima M87 e do seu vizinho menor, 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.

[8] 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.

Mais Informações

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

A colaboração EHT envolve mais de 200 pesquisadores da África, Europa, América do Norte e do Sul. Esta colaboração internacional pretende capturar as imagens detalhadas de buracos negros, ao criar um telescópio virtual do tamanho da Terra. Apoiado por investimento internacional considerável, o EHT conecta telescópios já existentes usando sistemas inovadores — criando assim um instrumento fundamentalmente novo com a maior resolução angular jamais 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 de pesquisa: 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 pesquisa em astronomia e é de longe o observatório astronômico 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 Tcheca, Suécia e Suíça, além do país anfitrião, 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 astronômicos terrestres de ponta, que possibilitam aos astrônomos importantes descobertas científicas. O ESO também tem um papel importante na promoção e organização de cooperação na pesquisa astronômica. 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 Interferômetro do Very Large Telescope, o observatório astronômico óptico mais avançado do mundo, 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 astronômico que existe atualmente. E no Cerro Armazones, próximo do Paranal, o ESO está construindo o Extremely Large Telescope (ELT) de 39 metros, que será “o maior olho do mundo virado para o céu”.

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Contatos

Heino Falcke
Chair of the EHT Science Council, Radboud University
The Netherlands
Tel.: +31 24 3652020
e-mail: h.falcke@astro.ru.nl

Luciano Rezzolla
EHT Board Member, Goethe Universität
Germany
Tel.: +49 69 79847871
e-mail: rezzolla@itp.uni-frankfurt.de

Eduardo Ros
EHT Board Secretary, Max-Planck-Institut für Radioastronomie
Germany
Tel.: +49 22 8525125
e-mail: ros@mpifr.de

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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 contato local para a imprensa. O representante brasileiro é Eugênio Reis Neto, do Observatório Nacional/MCTIC. A nota de imprensa foi traduzida por Margarida Serote (Portugal) e adaptada para o português brasileiro por Eugênio Reis Neto.

Sobre a nota de imprensa

No. da notícia:eso1907pt-br
Nome:M87*, Messier 87
Tipo:Local Universe : Galaxy : Component : Central Black Hole
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, Atacama Pathfinder Experiment, Event Horizon Telescope

Imagens

Primeira imagem de um buraco negro
Primeira imagem de um buraco negro
Messier 87 capturada pelo Very Large Telescope do ESO
Messier 87 capturada pelo Very Large Telescope do ESO
Imagem artística do buraco negro no coração de M87
Imagem artística do buraco negro no coração de M87
Simulação de um buraco negro supermassivo
Simulação de um buraco negro supermassivo
Simulação de um buraco negro supermassivo
Simulação de um buraco negro supermassivo
Anatomia de um buraco negro
Anatomia de um buraco negro
Imagem simulada de um buraco negro com acreção
Imagem simulada de um buraco negro com acreção
O EHT, uma rede em escala planetária
O EHT, uma rede em escala planetária
Messier 87 na constelação de Virgem
Messier 87 na constelação de Virgem
O halo da galáxia Messier 87
O halo da galáxia Messier 87
Imagem artística do meio que rodeia um buraco negro
Imagem artística do meio que rodeia um buraco negro
Trajeto dos fótons na vizinhança de um buraco negro
Trajeto dos fótons na vizinhança de um buraco negro
Conceitos chave em interferometria
Conceitos chave em interferometria
Localização dos telescópios do EHT
Localização dos telescópios do EHT
Na sombra do buraco negro
Na sombra do buraco negro
Na sombra do buraco negro (Poster A3)
Na sombra do buraco negro (Poster A3)
Na sombra do buraco negro (Poster)
Na sombra do buraco negro (Poster)
A contribuição crucial do ALMA e do APEX ao EHT
A contribuição crucial do ALMA e do APEX ao EHT

Vídeos

Na sombra de um buraco negro
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ESOcast 199 Light: Astrônomos obtêm primeira imagem de um buraco negro
ESOcast 199 Light: Astrônomos obtêm primeira imagem de um buraco negro
Aproximação ao coração de Messier 87
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Simulação de um buraco negro supermassivo
Simulação de um buraco negro supermassivo
Concepção artística do buraco negro no coração da M87
Concepção artística do buraco negro no coração da M87
Concepção artística do buraco negro no coração da M87
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O EHT, uma rede em escala planetária
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Simulação de um buraco negro supermassivo (Fulldome)
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Infraestruturas europeias do Event Horizon Telescope
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Colaboração Event Horizon Telescope, B-roll: Entrevistas (parte 1)
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Explorando o entorno de um buraco negro
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Simulação da magnetohidrodinâmica de um buraco negro
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