Pela primeira vez, os astrônomos observaram, na mesma imagem, a sombra do buraco negro no centro da galáxia Messier 87 (M87) e o poderoso jato expelido por ele. As observações foram feitas em 2018 com telescópios do Global Millimeter VLBI Array (GMVA), do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), do qual o Observatório Europeu do Sul (ESO) é parceiro, e do Greenland Telescope (GLT). Graças a esta nova imagem, os astrônomos podem entender melhor como os buracos negros podem lançar jatos tão fortes.

Segundo o ESO, a maioria das galáxias abriga um buraco negro supermassivo em seu centro. Embora os buracos negros sejam conhecidos por engolir matéria em sua vizinhança imediata, eles também podem lançar poderosos jatos de matéria que se estendem além das galáxias em que vivem. Compreender como os buracos negros criam esses enormes jatos tem sido um problema antigo na astronomia. 

“Sabemos que os jatos são ejetados da região ao redor dos buracos negros”, diz Ru-Sen Lu, do Observatório Astronômico de Xangai, na China. “Mas ainda não entendemos completamente como isso realmente acontece. Para estudar isso diretamente, precisamos observar a origem do jato o mais próximo possível do buraco negro.”

Buraco negro

A nova imagem publicada nesta quarta-feira (26) mostra precisamente isso pela primeira vez: como a base de um jato se conecta com a matéria que gira em torno de um buraco negro supermassivo. O alvo é a galáxia M87, localizada a 55 milhões de anos-luz de distância em nossa vizinhança cósmica, e lar de um buraco negro 6,5 bilhões de vezes mais massivo que o Sol. 

Observações anteriores conseguiram obter imagens separadamente da região próxima ao buraco negro e ao jato, mas esta é a primeira vez que ambas as características foram observadas juntas. “Esta nova imagem completa a imagem mostrando a região ao redor do buraco negro e do jato ao mesmo tempo”, acrescenta Jae-Young Kim, da Universidade Nacional Kyungpook, na Coréia do Sul, e do Instituto Max Planck de Radioastronomia, na Alemanha.

A imagem foi obtida com o GMVA, ALMA e GLT, formando uma rede de radiotelescópios ao redor do globo trabalhando juntos como um telescópio virtual do tamanho da Terra. Uma rede tão grande pode discernir detalhes muito pequenos na região ao redor do buraco negro de M87.

A nova imagem mostra o jato emergindo perto do buraco negro, bem como o que os cientistas chamam de sombra do buraco negro. À medida que a matéria orbita o buraco negro, ela se aquece e emite luz. O buraco negro se curva e captura parte dessa luz, criando uma estrutura semelhante a um anel ao redor do buraco negro visto da Terra. A escuridão no centro do anel é a sombra do buraco negro, que foi fotografada pela primeira vez pelo Event Horizon Telescope (EHT) em 2017. 

Reunião de telescópios

Tanto esta nova imagem quanto a do EHT combinam dados obtidos com vários radiotelescópios em todo o mundo, mas a imagem divulgada mostra a luz do rádio emitida em um comprimento de onda maior do que o do EHT: 3,5 mm em vez de 1,3 mm. “Nesse comprimento de onda, podemos ver como o jato emerge do anel de emissão em torno do buraco negro supermassivo central”, diz Thomas Krichbaum, do Instituto Max Planck de Radioastronomia.

O tamanho do anel observado pela rede GMVA é aproximadamente 50% maior em comparação com a imagem do Event Horizon Telescope. "Para entender a origem física do anel maior e mais grosso, tivemos que usar simulações de computador para testar diferentes cenários", explica Keiichi Asada, da Academia Sinica, em Taiwan. o buraco negro do que o que poderia ser observado com o EHT.

Essas novas observações do buraco negro de M87 foram realizadas em 2018 com o GMVA, que consiste em 14 radiotelescópios na Europa e na América do Norte [1]. Além disso, duas outras instalações foram ligadas ao GMVA: o Greenland Telescope e o ALMA, do qual o ESO é parceiro. O ALMA é composto por 66 antenas no deserto chileno de Atacama e desempenhou um papel fundamental nessas observações. 

Os dados coletados por todos esses telescópios em todo o mundo são combinados usando uma técnica chamada interferometria, que sincroniza os sinais captados por cada instalação individual. Mas para capturar adequadamente a forma real de um objeto astronômico é importante que os telescópios estejam espalhados por toda a Terra. 

Novos estudos

Os telescópios GMVA estão alinhados principalmente de leste a oeste, então a adição do ALMA no hemisfério sul provou ser essencial para capturar esta imagem do jato e da sombra do buraco negro de M87. “Graças à localização e sensibilidade do ALMA, pudemos revelar a sombra do buraco negro e ver mais profundamente a emissão do jato ao mesmo tempo,” explica Lu.

Observações futuras com esta rede de telescópios continuarão a desvendar como os buracos negros supermassivos podem lançar jatos poderosos. “Planejamos observar a região ao redor do buraco negro no centro de M87 em diferentes comprimentos de onda de rádio para estudar mais a fundo a emissão do jato”, diz Eduardo Ros, do Instituto Max Planck de Radioastronomia. Essas observações simultâneas permitiriam à equipe desvendar os complicados processos que acontecem perto do buraco negro supermassivo.