O Event Horizon Telescope foi capaz de obter observações de alta resolução sem precedentes da Terra usando a frequência de 345 GHz, fornecendo imagens mais detalhadas e coloridas de buracos negros.
Este avanço na astrofísica explora interferências fundamentais muito longas para ligar múltiplas antenas de rádio a nível global, melhorando a nossa compreensão dos fenómenos que rodeiam os buracos negros e abrindo caminho para futuras visualizações de alta resolução e potenciais imagens em tempo real destas entidades cósmicas.
Um avanço na imagem de buracos negros
O projeto Event Horizon Telescope (EHT) conseguiu realizar observações de teste que alcançaram a resolução mais alta já obtida na superfície da Terra, detectando luz vinda dos centros de galáxias distantes com uma frequência de cerca de 345 gigahertz.
Quando combinados com imagens existentes dos buracos negros massivos no núcleo de M87 e Sgr A na baixa frequência de 230 GHz, estes novos resultados deixam-nos mais do que apenas um estudo deste fenómeno. Buraco negro As imagens são 50% mais nítidas, mas também produzem vistas multicoloridas da área fora das fronteiras desses monstros cósmicos.
Melhorias na radioastronomia
As novas descobertas lideradas por cientistas do Centro de Astrofísica | Harvard e Smithsonian (CFA) que inclui o Observatório Astrofísico Smithsonian (SAO), publicado hoje em Revista astronômica.
“Usando o Event Horizon Telescope, vimos as primeiras imagens de buracos negros ao detectar ondas de rádio em 230 GHz”, disse o coautor Alexander Raymond, que foi pesquisador de pós-doutorado no Harvard Fine Arts Center e agora trabalha no Harvard Fine Arts. Centro. “Mas o anel brilhante que vimos, que foi formado pela curvatura da luz na gravidade do buraco negro, ainda parecia desfocado porque estávamos nos limites absolutos da nitidez das imagens que podíamos obter.” NASALaboratório de Propulsão a Jato da NASALaboratório de Propulsão a Jato“Em 345 GHz, nossas imagens serão mais nítidas e detalhadas, o que revelará novas propriedades, tanto aquelas que foram previstas anteriormente quanto talvez algumas que não foram previstas.”
Um telescópio virtual do tamanho da Terra: libertando o poder do EHT
O EHT cria um telescópio virtual do tamanho da Terra conectando várias antenas de rádio em todo o mundo, usando uma técnica chamada interferometria de linha de base muito longa (VLBI). Para obter imagens de maior resolução, os astrônomos têm duas opções: aumentar a distância entre as antenas de rádio ou observar em uma frequência mais alta. Dado que o EHT já tinha o tamanho do nosso planeta, aumentar a resolução das observações terrestres exigia a expansão da sua gama de frequências, e foi isso que a colaboração EHT fez agora.
“Para entender por que este é um grande avanço, pense na enorme explosão de detalhes extras que você obtém quando passa de imagens em preto e branco para imagens coloridas”, disse o coautor da pesquisa Shepard “Shep” Doleman, astrofísico do Cambridge Fine Arts Center. Observatório Sotheby’s e diretor fundador do Event Horizon Telescope. “Esta nova ‘visão colorida’ permite-nos separar os efeitos da gravidade de Einstein do gás quente e dos campos magnéticos que alimentam os buracos negros e lançam jatos poderosos que fluem através de distâncias galácticas.”
Um prisma divide a luz branca em um arco-íris de cores porque diferentes comprimentos de onda de luz viajam em velocidades diferentes através do vidro. Mas a gravidade curva toda a luz de forma semelhante, por isso Einstein espera que o tamanho dos anéis vistos pelo EHT seja semelhante tanto a 230 GHz como a 345 GHz, enquanto o gás quente que orbita os buracos negros terá uma aparência diferente nessas duas frequências.
Superando desafios tecnológicos em VLBI de alta frequência
Esta é a primeira vez que a tecnologia VLBI é usada com sucesso na frequência de 345 GHz. Embora a capacidade de observar o céu noturno com telescópios individuais a 345 GHz já existisse antes, o uso da tecnologia VLBI nesta frequência sempre apresentou desafios que levaram tempo e progresso tecnológico para serem superados. O vapor de água na atmosfera absorve ondas de 345 GHz muito mais do que 230 GHz, enfraquecendo os sinais dos buracos negros nas frequências mais altas. A chave foi melhorar a sensibilidade do EHT, o que os investigadores fizeram aumentando a largura de banda dos instrumentos e aguardando bom tempo em todos os locais.
Cooperação global e tecnologia de ponta
O novo experimento usou duas pequenas submatrizes do EHT – consistindo no Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma) o Atacama Pathfinder Experiment (APEX) no Chile, o telescópio IRAM de 30 metros na Espanha, o Northern Extended Millimeter Array (NOEMA) na França, o Submillimeter Array (SMA) em Mauna Kea no Havaí e o Telescópio da Groenlândia – para medições com uma precisão de arco de até 19 microssegundos.
“Os locais de observação mais poderosos da Terra estão em grandes altitudes, onde a transparência e a estabilidade atmosférica são ideais, mas o clima pode ser ainda mais dramático”, disse Nimesh Patel, astrofísico do CfA e SAO e engenheiro de projetos do SMA, acrescentando que na SMA, as novas observações exigiram que Challenge the Icy Roads of Mauna Kea abrisse o cenário em clima estável após uma tempestade de neve com minutos extras. “Agora, com sistemas de maior largura de banda que processam e capturam faixas mais amplas do espectro de rádio, estamos começando a superar problemas fundamentais de sensibilidade, como o clima. É o momento certo, como demonstram novas descobertas, para avançar para 345 GHz.”
O futuro da imagem de buracos negros: o projeto ngEHT
Esta conquista também fornece outra pedra angular no caminho para a criação de filmes de alta resolução dos ambientes do horizonte de eventos em torno dos buracos negros, que se basearão em atualizações da matriz global existente. O projeto planejado de EHT de próxima geração (ngEHT) adicionará novas antenas ao EHT em localizações geográficas melhoradas e aprimorará as estações existentes, atualizando-as para operar em múltiplas frequências entre 100 GHz e 345 GHz simultaneamente. Como resultado destas e de outras actualizações, espera-se que o Global Array aumente a quantidade de dados nítidos e claros que o EHT tem para imagens num factor de 10, permitindo aos cientistas não só produzir imagens mais detalhadas e sensíveis, mas também filmes estrelados por estes feras cósmicas violentas.
Uma grande conquista no campo da pesquisa em astrofísica
“O sucesso da observação EHT a 345 GHz representa uma grande conquista científica”, disse Lisa Kewley, Diretora do CfA e do Observatório SAO. “Ao levar os limites da resolução ao limite, estamos alcançando uma clareza sem precedentes na imagem do preto. buracos que prometemos na época.” “Cedo, e estamos estabelecendo padrões novos e mais elevados para a capacidade de pesquisa astrofísica na Terra.”
Para saber mais sobre esta descoberta, consulte Buracos negros observados usando altas frequências nunca antes vistas.
Referência: “Primeiras descobertas de interferência de linha de base muito longa em 870 µm” por A. W. Raymond e S. Doeleman et al., 27 de agosto de 2024, Revista astronômica.
DOI: 10.3847/1538-3881/ad5bdb
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