• Começa com um estrondo

Nossa melhor imagem de um buraco negro de todos os tempos, por dentro e por fora

A cerca de 55 milhões de anos-luz de distância está a galáxia gigante Messier 87. Seu buraco negro supermassivo, por dentro e por fora, parece melhor do que nunca.

Principais conclusões

• Nas últimas décadas, aprendemos que os buracos negros estão por toda parte no Universo, desde massas estelares até gigantes supermassivos.
• O maior buraco negro conhecido nas proximidades é o M87*: um buraco negro supermassivo com mais de 6 bilhões de vezes a massa do nosso Sol, a apenas 55 milhões de anos-luz de distância.
• De jatos ópticos a emissões de raios-X, lóbulos de rádio e até mesmo o próprio horizonte de eventos, é o buraco negro mais bem visto de todos os tempos: por dentro e por fora.

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Por todo o Universo, os buracos negros são abundantes.

Esta visão de cerca de 0,15 graus quadrados do espaço revela muitas regiões com grande número de galáxias agrupadas em aglomerados e filamentos, com grandes lacunas, ou vazios, separando-as. Cada ponto de luz não é uma galáxia, mas um buraco negro supermassivo, revelando o quão onipresentes são esses objetos cósmicos. Esta região do espaço é conhecida como ECDFS, uma vez que capta a mesma porção do céu visualizada anteriormente pelo Extended Chandra Deep Field South: uma visão pioneira de raios-X do mesmo espaço.

Mesmo a luz não pode escapar dessas regiões densas e gravitacionais.

Dentro e fora do horizonte de eventos de um buraco negro de Schwarzschild, o espaço flui como uma passarela rolante ou uma cachoeira, dependendo de como você deseja visualizá-lo. No horizonte de eventos, mesmo que você corresse (ou nadasse) na velocidade da luz, não haveria como superar o fluxo do espaço-tempo, que o arrasta para a singularidade no centro. Fora do horizonte de eventos, porém, outras forças (como o eletromagnetismo) podem frequentemente superar a atração da gravidade, fazendo com que até mesmo a matéria em queda escape. Este espaço-tempo conserva energia, pois é invariante de tradução de tempo.

Muitos são formados a partir do colapso do núcleo de estrelas massivas.

A anatomia de uma estrela muito massiva ao longo de sua vida, culminando em uma Supernova Tipo II (colapso do núcleo) quando o núcleo fica sem combustível nuclear. O estágio final da fusão é tipicamente a queima de silício, produzindo ferro e elementos semelhantes ao ferro no núcleo por apenas um breve período antes de ocorrer uma supernova. As supernovas de colapso de núcleo mais massivas normalmente resultam na criação de buracos negros, enquanto as menos massivas criam apenas estrelas de nêutrons.

Outros surgem de fusões de objetos menos massivos.

As populações de buracos negros, apenas, encontradas através de fusões de ondas gravitacionais (azul) e emissões de raios-X (magenta). Como você pode ver, não há lacuna ou vazio perceptível em qualquer lugar acima de 20 massas solares, mas abaixo de 5 massas solares, há uma escassez de fontes. Isso nos ajuda a entender que é improvável que as fusões de estrelas de nêutrons e buracos negros gerem os elementos mais pesados ​​de todos, mas que as fusões de estrelas de nêutrons-estrelas de nêutrons podem e também podem resultar na formação de um buraco negro.

Mas os mais massivos de todos residem nos centros das galáxias.

Este mapa mostra uma visão de 1 ano de todo o céu de raios gama do satélite Fermi da NASA. As fontes de crescimento e encolhimento são galáxias ativas alimentadas por buracos negros supermassivos, mas os “blips” transitórios que aparecem são as explosões de raios gama tão procuradas, muitas das quais acredita-se que também criem buracos negros, embora não o tipo supermassivo. Quando a Lua entra no campo de visão do telescópio, ela pode se tornar temporariamente a fonte de raios gama mais brilhante em todo o céu.

Buracos negros supermassivos crescem por meio de fusões e acreções, para milhões ou até bilhões de massas solares.

Quando dois buracos negros se fundem, uma porção significativa de sua massa pode ser convertida em energia em um intervalo de tempo muito curto. Mas por um período de tempo muito mais longo, há um estágio anterior em que esses buracos negros orbitam com períodos de 1 a 10 anos, e o tempo do pulsar pode ser sensível aos efeitos cumulativos desses sistemas em todo o cosmos. Buracos negros supermassivos podem crescer principalmente devido a esses tipos de fusões.

Até a nossa própria Via Láctea tem um: 4,3 milhões de massas solares grandes.

Este lapso de tempo de 20 anos de estrelas perto do centro de nossa galáxia vem do ESO, publicado em 2018. Observe como a resolução e a sensibilidade dos recursos aumentam e melhoram no final, todos orbitando o preto supermassivo central (invisível) de nossa galáxia buraco. Acredita-se que praticamente todas as grandes galáxias, mesmo nos primeiros tempos, abrigam um buraco negro supermassivo, mas apenas o centro da Via Láctea está próximo o suficiente para ver os movimentos de estrelas individuais ao seu redor e, assim, determinar com precisão o espaço negro. massa do buraco.

Da nossa perspectiva na Terra, é o maior buraco negro em termos de tamanho angular.

Em 14 de setembro de 2013, os astrônomos captaram a maior explosão de raios-X já detectada do buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea, conhecido como Sagitário A*. Nos raios X, nenhum horizonte de eventos é visível nessas resoluções; a “luz” é puramente semelhante a um disco. No entanto, podemos ter certeza de que apenas a matéria que permanece fora do horizonte de eventos gera luz; a matéria que passa por ele é adicionada à massa do buraco negro, inevitavelmente caindo na singularidade central do buraco negro. Muitos tipos de transientes são agora conhecidos por existirem em muitos comprimentos de onda diferentes de luz.

Mas o segundo maior tem características ainda mais espetaculares: no centro da galáxia Messier 87.

Comparação de tamanho dos dois buracos negros fotografados pela Colaboração do Event Horizon Telescope (EHT): M87*, no coração da galáxia Messier 87, e Sagitário A* (Sgr A*), no centro da Via Láctea. Embora o buraco negro de Messier 87 seja mais fácil de visualizar devido à variação lenta do tempo, aquele ao redor do centro da Via Láctea é o maior visto da Terra.

Messier 87 é a galáxia mais massiva dentro do Aglomerado de Virgem: a cerca de 55 milhões de anos-luz de distância.

Messier 87, mais conhecida como a galáxia supermassiva cujo buraco negro foi fotografado pela primeira vez pelo Telescópio Event Horizon, tem seus jatos relativísticos e as ondas de choque criadas por seu material fotografadas no infravermelho pelo Spitzer, em meio à massa de estrelas brilhantes (em azul). Messier 87 é a galáxia mais massiva (e a segunda mais brilhante) dentro de todo o aglomerado de galáxias de Virgem.

Ele emite um jato central de radiação que se estende por mais de 5.000 anos-luz.

Fluindo do centro de M87 como um holofote cósmico está um dos fenômenos mais surpreendentes da natureza: um jato de partículas subatômicas movido a um buraco negro viajando quase à velocidade da luz. Nesta imagem do Hubble, o jato azul contrasta com o brilho amarelo da luz combinada de bilhões de estrelas não resolvidas e os aglomerados pontuais de estrelas que compõem esta galáxia. O próprio jato se estende por mais de 5.000 anos-luz no espaço e é visível até mesmo em comprimentos de onda ópticos.

Esse jato é alimentado por um buraco negro supermassivo de 6,5 bilhões de massa solar.

Uma ilustração de um buraco negro ativo, que acumula matéria e acelera uma parte dela para fora em dois jatos perpendiculares. A matéria normal passando por uma aceleração como essa descreve como os quasares e as galáxias ativas funcionam extremamente bem. Todos os buracos negros conhecidos e bem medidos têm taxas de rotação enormes, e as leis da física, particularmente a conservação do momento angular, quase garantem que isso seja obrigatório.

Agora medimos suas emissões estendidas de raios-X,

Esta imagem da região central da galáxia Messier 87 vem no raio-X, através do observatório de raios-X Chandra da NASA. O buraco negro supermassivo central está emitindo partículas energéticas a 99%+ da velocidade da luz, o que produz raios-X visíveis por até 18.000 anos-luz do centro galáctico.

seus lóbulos de rádio estendidos,

Esta imagem de três painéis mostra as emissões de rádio estendidas de Messier 87 *, no canto superior esquerdo, a imagem óptica do Hubble do jato, no canto superior direito, e uma imagem de rádio usando tecnologia de linha de base muito longa da região próxima ao preto buraco, claramente colimado por um campo magnético, com energias de rádio mais altas mostradas em vermelho.

a matéria acelerada decorrente de seu disco de acreção,

Esta imagem mostra um mapa do disco de acreção em torno do horizonte de eventos do buraco negro no centro da galáxia Messier 87, os jatos de rádio estendidos sendo lançados desse disco e uma reconstrução do horizonte de eventos de acordo com um estimador de probabilidade. A estrutura de acreção em forma de anel, em teoria, conecta-se ao jato lançado do buraco negro, e isso é visto aqui.

luz de rádio no próprio horizonte de eventos,

A famosa imagem do primeiro buraco negro já observado diretamente, aquele no centro da galáxia Messier 87, muda com o tempo. Observações de dias diferentes têm características diferentes, e tirar uma média faz com que percamos o componente variável no tempo dos dados. Com um tempo de viagem da luz de cerca de 1 dia através do horizonte de eventos, diferenças maiores são observadas entre a 2ª e a 3ª imagens do que entre a 1ª e a 2ª ou a 3ª e a 4ª.

evoluindo com o tempo,

Visão polarizada do buraco negro em M87. As linhas marcam a orientação da polarização, que está relacionada ao campo magnético ao redor da sombra do buraco negro. Observe o quanto esta imagem parece mais “redemoinho” do que a original, que era mais parecida com uma bolha. É totalmente esperado que todos os buracos negros supermassivos exibam assinaturas de polarização impressas em sua radiação, um cálculo que requer a interação da Relatividade Geral com o eletromagnetismo para prever.

mais a polarização dessa luz de rádio.

Ao conectar a estrutura de acreção semelhante a um anel no núcleo de um buraco negro com o jato observado de uma variedade de observações diferentes, conseguimos reunir uma imagem contínua de como esse jato é lançado de fora do horizonte de eventos de Messier 87 * a vários milhares de anos-luz de distância. Isso torna o Messier 87* o buraco negro com a melhor imagem de todos os tempos, de dentro para fora.

É o buraco negro com imagens mais nítidas de todos os tempos, desde o horizonte de eventos até milhares de anos-luz de distância.

Esta ilustração com zoom mostra a escala completa da galáxia Messier 87 completa com seu jato relativístico em luz óptica (principal), uma visão de interferometria de linha de base muito longa de sua região central com um recurso de acreção semelhante a um anel e jatos lançados (inserção), e a visão de luz polarizada do próprio horizonte de eventos (segunda inserção). De dentro para fora, é a visão mais precisa já obtida de qualquer buraco negro.

Mostly Mute Monday conta uma história astronômica em imagens, visuais e não mais que 200 palavras. Fale menos; sorria mais.

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