Pergunte a Ethan: Podemos ver o buraco negro supermassivo da nossa galáxia?
Crédito da imagem: Keck / UCLA galactic center group / A. Ghez et al., via http://astro.uchicago.edu/cosmus/projects/UCLA_GCG/ .
E que tecnologia será necessária para chegarmos lá?
Nunca olhe para baixo para testar o solo antes de dar o próximo passo; só aquele que mantém os olhos fixos no horizonte distante encontrará o caminho certo.
– Dag Hammarskjold
Uma das descobertas mais emocionantes da astrofísica foi que os buracos negros não são apenas feitos do colapso do núcleo de estrelas muito massivas, contendo de algumas vezes até mais de 100 vezes a massa do nosso Sol, mas que gigantes gigantes de buracos negros — buracos negros supermassivos — também existem.
Crédito da imagem: NASA e The Hubble Heritage Team (STScI/AURA).
Contendo milhões ou mesmo bilhões de vezes a massa do nosso Sol, esses buracos negros existem nos centros das galáxias, incluindo um no centro da nossa Via Láctea. Até agora, só vimos isso indiretamente, mas isso não é bom o suficiente para o nosso questionador Franklin Johnston, que pergunta:
Eu entendo que nossa galáxia tem um buraco negro enorme em seu centro, mas quão perto você teria que estar para realmente vê-lo? Acho que você não precisaria estar perto do horizonte de eventos, mas considerando todas as estrelas que o cercam, e a poeira e os detritos sendo sugados para ele, parece improvável que você possa vê-lo de qualquer distância apreciável, mesmo se você estava diretamente acima ou abaixo do plano da galáxia.
Vamos primeiro dizer como sabemos que existe um buraco negro no centro da nossa galáxia.
Crédito da imagem: Raio-X: NASA/UMass/D.Wang et al., IR: NASA/STScI.
Na luz visível, uma grande quantidade de poeira – encontrada no plano de nossa galáxia – bloqueia nossa visão do centro galáctico. Mas em outros comprimentos de onda, como luz infravermelha, raios X e rádio, podemos ver através dessa poeira e detectar uma série de coisas notáveis, incluindo gás quente que se move a velocidades tremendas, o ocasional clarão que é consistente com um buraco negro devorando desordenadamente matéria e, mais convincentemente, as órbitas de estrelas individuais vistas para todas orbitarem um único ponto que não emite luz alguma .
Esse ponto é consistente com um buraco negro supermassivo de quatro milhões de massas solares. E quanto mais massivo for um buraco negro, maior será também. Ou, pelo menos, quanto maior fisicamente no espaço é o seu horizonte de eventos, ou a região ao seu redor da qual nenhuma luz pode escapar. Se nossa Terra fosse de alguma forma transformada em um buraco negro, ela seria minúscula: seu horizonte de eventos teria cerca de 1,7 cm de diâmetro. Se fizéssemos a mesma coisa com o nosso Sol, porém, seria muito maior: cerca de 6 km de diâmetro.
O buraco negro supermassivo no centro da nossa galáxia? 14,7 milhões de milhas (23,6 milhões de quilômetros) de diâmetro, ou cerca de 40% do tamanho da órbita de Mercúrio ao redor do Sol. Deve-se notar que existem muito, muito maiores em outras galáxias; eles estão muito mais longe, milhões de anos-luz em vez de milhares.
Crédito da imagem: D. Benningfield/K. Gebhardt/StarDate (topo); NASA / ESA / Andrew C. Fabian (abaixo).
Isso é enorme para um único objeto, e os efeitos da Relatividade Geral, que fazem com que o espaço se curve, ampliam ainda mais! Mas, embora seja mais fácil ver coisas enormes no espaço, também está muito, muito longe, o que torna incrivelmente difícil de resolver. A uma distância de aproximadamente 26.000 anos-luz, o tamanho físico do próprio buraco negro será de apenas 19 micro -arc-segundos, ou 19 milionésimos de um sexagésimo de um sexagésimo de grau. Para comparação, a melhor resolução do Telescópio Espacial Hubble é de cerca de 26 Nacional -arc-seconds, mais de um fator de 1.000 grande demais para ver este buraco negro.
Crédito da imagem: NASA, ESA e a equipe Hubble SM4 ERO, da Nebulosa Carina, em resoluções que se aproximam do máximo teórico do Hubble.
Em teoria, se chegássemos muito mais perto – de modo que estivéssemos a apenas algumas centenas de anos-luz de distância – poderíamos visualizá-lo diretamente. Mas isso não está realmente dentro do reino da praticidade. No entanto, há uma técnica complicada que podemos usar para superar esse limite. Você vê, existem certos comprimentos de onda de luz, particularmente o rádio e os raios X, onde o buraco negro pode se tornar muito brilhante momentaneamente, ou os objetos que passam perto do buraco negro podem iluminar o horizonte de eventos iluminando-o.
Quando se trata de resolução, normalmente é o tamanho do espelho de um telescópio que determina a nitidez com que podemos ver um objeto: quantos comprimentos de onda dessa luz podem caber no espelho do telescópio. É por isso que o telescópio Chandra X-Ray tem uma resolução tão grande, apesar de ser um telescópio relativamente pequeno: a luz dos raios X tem comprimentos de onda tão pequenos, e muitos deles podem caber em um espelho. É também por isso que os radiotelescópios – como o de Arecibo – são tão grandes: as ondas de rádio podem ter muitos metros de diâmetro e, portanto, exigem telescópios enormes para obter resoluções muito boas.
Crédito da imagem: H. Schweiker/WIYN e NOAO/AURA/NSF.
Mas há uma solução para obter melhores resoluções, o que significa que não precisamos construir um telescópio do tamanho da Terra (ou maior) para obter imagens do buraco negro diretamente: podemos usar um variedade de telescópios separados por linhas de base muito longas. Eles só terão o poder de captação de luz dos telescópios individuais, o que significa que o objeto parecerá muito fraco, mas eles podem obter a resolução de um telescópio que é aproximadamente a distância entre os dois telescópios mais distantes da matriz!
Crédito da imagem: locais do Event Horizon Telescope, via University of Arizona em https://www.as.arizona.edu/event-horizon-telescope .
Essa é exatamente a ideia por trás do Telescópio Horizonte de Eventos , que planeja usar interferometria de linha de base muito longa em comprimentos de onda de rádio curtos (~ 1 mm) para fazer exatamente esse tipo de medição! Existem duas propostas - uma matriz de sete estações e uma matriz de treze estações - cada uma das quais poderia responder à questão de os buracos negros terem um verdadeiro horizonte de eventos por imagem direta eles!
Crédito da imagem: S. Doeleman et al., via http://www.eventhorizontelescope.org/docs/Doeleman_event_horizon_CGT_CFP.pdf .
Sagitário A*, o buraco negro no centro galáctico, é o alvo ideal, pois prevê-se que tenha o maior horizonte de eventos visível da Terra. O que é engraçado: a segunda maior deve ser a do centro de M87 (no topo), a maior galáxia do aglomerado de Virgem, o que deve ser apenas um fator de cinco maior do que a resolução proposta do Event Horizon Telescope, o que significa que podemos observar seu jato em detalhes sem precedentes, obtendo uma janela para exatamente como esses recursos de ejeção hipersônica se formam e se comportam!
Mas se sua pergunta foi sobre como usar seus olhos - se você você mesmo queria ver - tenho notícias terríveis para você.
Crédito da imagem: Ute Kraus, grupo de educação física Kraus, Universität Hildesheim, Space Time Travel, com background de Axel Mellinger.
A resolução do olho humano é de insignificantes e patéticos 60 segundos de arco, o que significa que se você quiser resolver algo que foi 19 micro -arc-segundos de diâmetro, você precisaria estar cerca de três milhões de vezes mais perto dele, ou a uma distância de cerca de 546 unidades astronômicas. O Sol é a estrela mais próxima de nós, mas o segundo mais próximo é Proxima Centauri, a cerca de 4,24 anos-luz de distância, ou 268.000 Unidades Astronômicas! Isso mesmo, teria que estar cerca de 500 vezes mais perto de nós do que a próxima estrela mais próxima, apenas para você (com seus patéticos olhos humanos) resolver isso.
Meu conselho? Fique com os telescópios. Não só é muito mais rápido, não só é muito mais barato (e menos perigoso) do que a enorme jornada interestelar, mas também é mais recompensador, pois poderemos ver mais com esse conjunto de telescópios do que o seu olhos jamais poderiam.
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