Em 12 de maio, um símbolo do buraco negro supermassivo no meio da Via Láctea foi publicado através do Event Horizon Telescope (EHT), uma colaboração estrangeira de mais de trezentos pesquisadores. No momento em que o símbolo direto de um dos objetos incrivelmente densos e misteriosos foi recebido, que atraem e chupam, pela ação da gravidade, qualquer matéria, adicionando luz, localizada a uma certa distância de seu interior. O primeiro foi tornado público em abril de 2019, quando a mesma equipe do EHT divulgou uma foto do buraco negro no meio de Messier 87 (M87), uma galáxia gigante a 55 milhões de anos-luz da Terra.
Ambos os trabalhos envolveram a astrofísica brasileira Lia Medeiros, 31, membro do EHT, que faz pós-doutorado no Instituto de Estudos Avançados de Princeton, EUA. EUA Desde o início de 2020, o pesquisador é um dos dois coordenadores da organização dentro do EHT que estuda a física gravitacional dos buracos negros, necessariamente com base na teoria da relatividade geral de Albert Einstein (1879-1955). O lançamento do Símbolo de Sagitário A* (ver Sagitário A-star), nomeado para o buraco negro no meio de nossa galáxia, acompanhado pela publicação de seis artigos clínicos em um fator especial do Astrophysical Journal Letters. Medeiros é um dos líderes da organização que escreveu um dos jornais. “Os buracos negros são um laboratório para verificar a gravidade proposta através de Einstein”, diz este carioca que vive nos Estados Unidos desde a infância.
De qualquer forma, os retratos cósmicos foram produzidos pelo processamento e interpretação de dados observacionais capturados por meio de uma rede de radiotelescópios terrestres localizados em outras partes do mundo. Por definição, os buracos negros não emitem luz, mas seus arredores “brilham” com uma certa frequência de rádio. comprimentos de onda. As chamadas fotografias diretas do estranho objeto localizado no centro das duas galáxias mostram a sombra do buraco negro, região central escura, cercada por um anel de matéria, gás quente, colorido artificialmente em tons de laranja.
Até agora, os símbolos das sombras dos dois buracos negros verificam os conceitos propostos pelo físico alemão. É o que Medeiros explica em uma entrevista concedida através de um aplicativo de vídeo quando retornou como passageiro de Washington para Princeton em 13 de maio. No dia anterior, ela e seus colegas haviam sido convidados pela National Science Foundation (NSF) para participar de um evento público, webcast, na capital dos EUA, ao qual responderam perguntas sobre o símbolo de Sagitário A*.
Usamos uma estratégia chamada interferometria, que combina o conhecimento observacional recebido através de outros radiotelescópios e nos permite receber fotografias com uma solução superior. Quanto maior a distância entre os telescópios nas pinturas de treliça, maior a solução da imagem resultante. Estamos construindo uma rede de telescópios. Usamos as existentes, fizemos ajustes neles e instalamos novas câmeras para que pudessem trabalhar juntas. Desta forma, criamos um radiotelescópio virtual quase o comprimento da Terra.
Em 2017, a EHT observou os buracos negros M87 e Sagittarius A* com 8 radiotelescópios, dois no Chile, dois no Havaí, um no Arizona, um no México, um na Espanha e um na Antártida. Formamos pares de telescópios que funcionam de forma sincronizada e cada par observa um ponto na área e toma forma. Então reunimos todas as partes, algoritmos e software, e temos uma imagem. Observamos em um comprimento de onda de rádio muito curto, 1,3 milímetros (mm), mais longo que o da luz visual. A partir da diferença de tempo com que essas ondas atingem cada par de telescópios, fomos capazes de calcular, com muita precisão, de onde vieram. Isso é um pouco semelhante ao funcionamento de um sistema GPS, que registra o tempo que leva para um sinal emitido através de satélites em área para chegar à Terra e usa-o para calcular, por exemplo, a posição de um telefone celular.
É muito mais confuso do que ter uma câmera apontando para uma área e pegando um símbolo de um objeto. Temos que realizar muitos cálculos para construir um símbolo a partir do conhecimento coletado nos telescópios, que são instalados nas montanhas mais altas para que eles não sejam afetados pelo vapor de água da atmosfera. Ondas de rádio de 1,3 mm interagem com a água. Gravamos todas as informações sobre as ondas de rádio observadas. Não só de onde vem a onda, mas também a hora exata de sua transmissão, tudo muito precisamente. Telescópios têm relógios atômicos incrivelmente precisos. Cada par de telescópios registra uma pequena parte dos dados no símbolo.
Cada buraco negro foi praticado por cerca de 12 horas durante uma semana em abril de 2017. Fizemos vários s naquela semana. Alguns conhecimentos foram recebidos no início dos tempos, outros no final. Cada ponto do símbolo foi seguido através de dois telescópios simultaneamente. A localização geográfica determina o que cada telescópio pode praticar. Não é concebível ver todas as regiões da área o tempo todo de qualquer lugar da Terra. Para o símbolo A* de Sagitário, o telescópio no Polo Sul era muito importante. Você pode praticar este buraco negro quase o tempo todo.
Acessar e processar conhecimento é muito complicado. Cada telescópio vende todos os dados de ondas de rádio que controlou para tropeçar em discos rígidos. Esse conhecimento representa algo como 3,5 petabytes e equivale a cerca de cem milhões de vídeos em uma rede social, pinturas como o TikTok. Não há como transmitir essa quantidade de conhecimento pela Internet. Os discos rígidos dos 8 telescópios serão transportados por via aérea em caixas gigantes para computadores e centros de pesquisa em dois locais em Bonn, Alemanha, e Boston, EUA. EUA Nesses centros, as correlações de conhecimento e observações de um telescópio são sincronizadas com as de outros. Então as pinturas de processamento de conhecimento começam a gerar os símbolos. Outra dificuldade é que não temos conhecimento sobre todos os temas da área que gostaríamos. ter que construir um símbolo de buraco negro.
Em muitos lugares da Terra, não temos telescópios. Portanto, não podemos praticar certos espaços do buraco negro. Nossos dados estão incompletos. Com base em nossas simulações de computador e nos insights que temos, podemos esperar como esses espaços se parecem sem dados. É como tentar tocar uma música em um piano com algumas teclas faltantes. Não é possível saber exatamente como seria a música e como as teclas perdidas seriam usadas para tocá-la. Mas com os dados disponíveis, é possível tentar adivinhar a música. Portanto, no final do nosso trabalho, geramos milhares de símbolos do mesmo buraco negro que são tecnicamente compatíveis e consistentes com nosso conhecimento observacional. No caso do buraco negro M87 e do buraco negro de Sagitário A*, publicamos um tipo de símbolo médio de todas as nossas reconstruções, a edição máxima compatível com nosso conhecimento e nossa teoria.
Sim, foi mais complicado. O buraco negro está no meio da Via Láctea e a Terra está em um dos braços da galáxia, uma posição que obstrui nossa caixa de visão. As ondas de rádio que praticamos terão que passar pela galáxia e são afetadas através de caixas magnéticas geradas através de matéria ionizada [eletricamente carregada] na Via Láctea. Além disso, por ser muito menor que o buraco M87, os contornos de Sagitário A* parecem mais instáveis para nós. O brilho e a tendência da distribuição de combustível em torno de Sagitário A* substituem muito mais rápido. Em M87, o combustível anular leva dias ou semanas para orbitar o buraco negro. Na Via Láctea, isso acontece em questão de minutos. É como procurar uma imagem transparente de um objeto em constante movimento.
Não achamos que esses problemas existam. Merecemos não perder tempo procurando percebê-los. Eles terão que ser um efeito das ferramentas usadas nas observações e dos algoritmos computacionais usados para gerar o símbolo. Produzimos outras versões do símbolo oco preto, que também são consistentes com nossos dados, mas têm esses problemas distribuídos de forma diferente ao longo do anel. Ou seja, o estilo de vida deles é incerto. Em relação ao buraco negro no meio da Via Láctea, estamos convencidos de que ele tem um anel – conseguimos medir seu diâmetro e espessura – e uma região escura no meio deste anel. Conseguimos comparar a intensidade da região escura com a do próprio anel. Estas são as estruturas negras ocas em que nos encontramos. O símbolo de Sagitário A* é muito semelhante ao da oca negra em M87. A única diferença é que o brilho no componente sul do anel M87 é mais intenso do que no componente norte. Essa diferença terá que ser real.
Imagens através da colaboração EHT dos dois buracos no meio das galáxias, a de M87 (esquerda) e a da Via Láctea. Crédito: Colaboração EHT
Quando um disco de matéria envolve um buraco negro, um efeito relativístico chamado feixe Doppler ocorre. A matéria que se move em direção ao observador em velocidades próximas à da luz parece ser mais brilhante e a matéria, pelo contrário, parece menos intensa. Este efeito ajusta a duração e intensidade da luz. Isto é o que vemos no símbolo do buraco negro M87.
A colaboração é dividida em organizações de exame, que se concentram em outras áreas, como a geração de fotografias de buracos negros ou a realização de simulações teóricas desses objetos. Estive envolvido na maioria das organizações de estudo, especialmente organizações de simulação. No meu PhD, fiz simulações de como a matéria em torno de um buraco negro poderia cair nele e as usei para esperar como seria Sagittarius A*. Em 2019, quando publicamos a imagem M87, não havia nenhuma organização comprometida em testar a teoria da gravidade de Einstein, a relatividade geral. Em janeiro de 2020 comecei a coordenar essa organização junto com um parceiro de projeto. Cada organização tem dois ou três coordenadores.
Para Einstein, a gravidade é uma curvatura do espaço-tempo, causada pela distribuição assimétrica da matéria. A teoria prevê os estilos de vida e as características de um buraco negro, especificamente sua geometria, que seria muito específica. A geometria do buraco negro é calculada usando a métrica de Kerr, que é uma solução das equações de caixa da relatividade geral. A forma do anel em fotografias de buracos negros compreende uma grande quantidade de dados sobre o próprio buraco negro. Ao medir o comprimento do anel, sabemos se o buraco negro tem geometria Kerr. Em ambos os casos, M87 e Via Láctea, as fotografias confirmam a teoria. É muito importante verificar a relatividade em buracos negros de outras massas, em regimes de força gravitacional muito forte, próximo ao horizonte de ocasião [a região ao redor do buraco negro de onde a matéria é atraída]. A massa de Sagitário A*, que está a 27. 000 anos-luz de distância, é equivalente a cerca de quatro milhões de sóis. O buraco negro de M87 está 2. 000 vezes mais distante, mas sua massa é 1. 500 vezes maior: equivalente à de 6,5 bilhões de estrelas semelhantes ao Sol.
Nasci no Rio de Janeiro e passei a maior parte dos meus anos de formação morando em várias cidades do Brasil e alguns anos em Cambridge, Reino Unido. Aprendi português e inglês e continuei a trocar entre os dois idiomas. Quando criança, mudei-me para os Estados States. So, desde cedo, aprendi que a matemática era a mesma em todos os países. Tomei a decisão de me concentrar nisso. Eu sabia que ela seria a mesma, não importa onde estivesse. Era algo básico e universal.
Aos 16 ou 17 anos, eu estava lendo cálculo, física e astronomia no ensino médio da Califórnia, e aprendi que matemática é a linguagem não só para descrever, mas também para prever o universo. Para mim, o buraco negro é o mais produtivo. exemplo. Fiquei fascinado quando descobri que este fenômeno perturbou o tempo dilatando-o. E eu procurei saber mais. Estudei física e astrofísica na Universidade da Califórnia, Berkeley, e depois fiz mestrado e doutorado em física teórica na Universidade da Califórnia, Santa Barbara. Durante meu doutorado, depois de concluir meus cursos em Santa Barbara, passei 3 anos no Observatório Steward, universidade do Arizona, e um na Iniciativa Buraco Negro, na Universidade de Harvard. Então, com uma bolsa de pós-doutorado da NSF, fui para o Instituto de Estudos Avançados [última posição que Einstein trabalhou].
Até onde eu sei, não. Conheço muitos astrônomos, amigos e colegas brasileiros. Fiz palestras no Brasil em 2019 e ainda passei as férias lá com minha família. Mas nunca trabalhei com a comunidade clínica brasileira. Estou muito interessado em fazê-lo um dia.
* Este artigo foi republicado pela Revista Pesquisa Fapesp sob uma licença Creative Commons CC-BY-NC-ND. Leia o artigo original aqui.