Uma nova imagem da colaboração Event Horizon Telescope, que inclui investigadores e telescópios da Universidade do Arizona, descobriu campos magnéticos fortes e organizados em espiral a partir da borda do buraco negro supermassivo Sagittarius A*, ou Sgr A*.
A colaboração Event Horizon Telescope (EHT), que em 2022 apresentou a primeira imagem de Sagitário A*, o buraco negro no centro da nossa Via Láctea, capturou uma nova visão do objeto massivo, desta vez em luz polarizada. Pela primeira vez, os astrónomos conseguiram medir a polarização, uma assinatura de campos magnéticos, perto da borda do buraco negro. As linhas marcam a orientação da polarização, que está relacionada com o campo magnético em torno da sombra do buraco negro. Crédito da imagem: Colaboração EHT
Vista em luz polarizada pela primeira vez, esta nova imagem do monstro que se esconde no centro da nossa galáxia, a Via Láctea, revelou uma estrutura de campo magnético surpreendentemente semelhante à de um buraco negro muito mais massivo, conhecido como M87*, no centro. da galáxia M87, sugerindo que fortes campos magnéticos podem ser comuns a todos os buracos negros. Esta semelhança também sugere um jato oculto em Sgr A*. Os resultados foram publicados em 27 de março na revista The Astrophysical Journal Letters.
Os cientistas revelaram a primeira imagem de Sgr A* – que fica a aproximadamente 27,000 anos-luz da Terra – em 2022, revelando que embora o buraco negro supermassivo da Via Láctea seja mais de mil vezes menor e menos massivo que o do M87, ele parece notavelmente semelhante. Isso fez os cientistas se perguntarem se os dois compartilhavam características comuns fora da aparência. Para descobrir, a equipe decidiu estudar o Sgr A* em luz polarizada. Estudos anteriores de luz em torno de M87* revelou que o Campos magnéticos em torno do buraco negro gigante permitiu-lhe lançar poderosos jatos de material de volta ao ambiente circundante. Com base neste trabalho, as novas imagens revelaram que o mesmo pode ser verdade para Sgr A*.
Boris Georgiev, pesquisador de pós-doutorado do EHT no UArizona Observatório Steward e coautor do estudo, disse: “A consistência das estruturas do campo magnético em torno de Sgr A* e M87* sugere que os processos pelos quais os buracos negros alimentam e ejetam jatos em seus arredores podem ser universais, apesar de suas vastas diferenças em tamanho e massa."
“O que estamos vendo agora é que existem campos magnéticos fortes, distorcidos e organizados perto do buraco negro no centro da galáxia, a Via Láctea”, disse Sara Issaoun, bolsista Einstein do Programa Hubble Fellowship da NASA no Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian e co-líder do projeto. “Juntamente com o Sgr A* tendo uma estrutura de polarização surpreendentemente semelhante à observada no buraco negro M87*, muito maior e mais poderoso, aprendemos que campos magnéticos fortes e ordenados são críticos para a forma como os buracos negros interagem com o gás e a matéria ao seu redor. eles."
A luz é uma oscilação móvel de campos elétricos e magnéticos que nos permite ver objetos. Às vezes, a luz oscila de uma maneira preferida
orientação, também conhecida como polarizada. Embora a luz polarizada nos rodeie, aos olhos humanos ela é indistinguível da luz “normal” ou não polarizada. No plasma em torno destes buracos negros, as partículas que giram em torno das linhas do campo magnético transmitem um padrão de polarização perpendicular ao campo. Isto permite aos astrónomos ver com detalhes cada vez mais nítidos o que está a acontecer nas regiões dos buracos negros e mapear as suas linhas de campo magnético.
“Ao obter imagens da luz polarizada do gás quente e brilhante perto dos buracos negros, estamos inferindo diretamente a estrutura e a força dos campos magnéticos que atravessam o fluxo de gás e matéria que o buraco negro alimenta e ejeta”, disse Angelo Ricarte, Harvard Black Hole. Bolsista de iniciativa e co-líder do projeto. “A luz polarizada nos ensina muito mais sobre a astrofísica, as propriedades do gás e os mecanismos que ocorrem à medida que um buraco negro se alimenta.”
Mas obter imagens de buracos negros em luz polarizada não é tão fácil como colocar um par de óculos de sol polarizados, e isto é particularmente verdadeiro no caso de Sgr A*, que está a mudar tão rapidamente que não fica parado para tirar fotografias. A obtenção de imagens do buraco negro supermassivo requer ferramentas sofisticadas, acima e além daquelas usadas anteriormente para capturar M87*, um alvo muito mais estável. Daniel Marrone, co-investigador principal do EHT e coautor do artigo, professor de astronomia no Steward Observatory, e sua equipe desenvolveram instrumentos que detectaram as ondas de rádio polarizadas para este resultado.
“Semelhante à forma como a luz polarizada pode nos dizer a orientação da superfície onde ela está refletida, como janelas ou estradas, ela também pode nos mostrar a orientação dos campos magnéticos em torno dos buracos negros”, disse Marrone. “Como os campos magnéticos mudam rapidamente em torno de Sgr A*, transformar as observações do EHT em imagens polarizadas foi um enorme desafio. Estamos muito orgulhosos de que nossos dados contenham informações suficientes.””
Os cientistas dizem que estão entusiasmados por ter imagens de ambos os buracos negros supermassivos em luz polarizada porque estas imagens, e os dados que as acompanham, fornecem novas formas de comparar e contrastar buracos negros com diferentes tamanhos e ambientes. À medida que a tecnologia melhora, é provável que as imagens revelem ainda mais segredos dos buracos negros e das suas semelhanças ou diferenças.
“Essas descobertas nos ajudam a melhorar nossos modelos e teorias computacionais e nos dão uma ideia melhor do que acontece com a matéria perto do horizonte de eventos de um buraco negro”, acrescentou o coautor. Chi Kwan Chan, professor de astronomia da UArizona que se concentra na modelagem teórica de buracos negros.
O EHT conduziu várias observações desde 2017. A cada ano, as imagens melhoram à medida que o EHT incorpora novos telescópios, maior largura de banda e novas frequências de observação.
“Estamos desenvolvendo hardware e software para automatizar as observações do EHT, permitindo assim que o EHT faça observações mais frequentes no futuro, a fim de capturar filmes de buracos negros”, disse. Amy Lowitz, uma pesquisa EHT cientista no Steward Observatory que lidera o Projeto EHT Agility.
Tais observações, que abrangem vários meses, são um dos principais objetivos do EHT para os próximos anos, de acordo com Remo Tilanus, professor da UArizona e gerente de operações do EHT que supervisiona as campanhas de observação e desenvolvimentos técnicos.
“Com as capacidades do Projeto Agility, deveremos ser capazes de ver o material girando em torno do M87* e sendo ejetado em seus jatos”, disse Tilanus.
As expansões planeadas para a próxima década também permitirão filmes de alta fidelidade, poderão revelar um jacto escondido em Sgr A* e permitirão aos astrónomos observar características de polarização semelhantes noutros buracos negros. Existem até planos em andamento para estender o EHT ao espaço, fornecendo imagens muito mais nítidas dos buracos negros e permitindo estudos muito mais poderosos da rotação dos buracos negros e dos mecanismos que alimentam os jatos dos buracos negros.
O EHT está programado para observar novamente o Sgr A* em abril, mantendo a equipe do EHT UArizona ocupada. Juntamente com Lowitz e Georgiev, pesquisador de pós-doutorado André Thomas Oeste e estudante de pós-graduação Jasmine Washington estão atualmente preparando o Telescópio Submilimétrico no Monte Graham e o radiotelescópio de 12 metros do Observatório de Rádio do Arizona em Kitt Peak para a próxima observação.
Washington, que participou da campanha de observação de 2021 como estudante de graduação do primeiro ano, disse que gostou da experiência e está entusiasmada por poder retornar este ano.
“Iremos observar com mais telescópios do que nunca, o que nos dará uma melhor cobertura e mais sensibilidade para fazer estas medições polarizadas”, disse ela.
West acrescentou: “Medir com altíssima fidelidade como estas fontes mudaram desde a última observação irá informar os nossos modelos e permitir-nos responder a questões fundamentais sobre a física nestes ambientes extremos – é muito emocionante!”
