As duas maneiras científicas de melhorar nossas imagens de horizontes de eventos
O buraco negro mais visualizado de todos, conforme ilustrado no filme Interestelar, mostra um horizonte de eventos previsto com bastante precisão para uma classe muito específica de buracos negros em rotação. A primeira imagem revelada pelo Event Horizon Telescope estava em uma resolução muito menor do que esta visualização, mas podemos alcançar detalhes como esse no futuro. (INTERSTELLAR / R. HURT / CALTECH)
Agora que vimos nosso primeiro, queremos mais e queremos melhor. Veja como chegar lá.
Para resolver qualquer objeto astronômico, você deve atingir resoluções superiores ao tamanho aparente do seu alvo.
O material triturado se acumula em um buraco negro, é absorvido ou expulso e pode se reconstituir em objetos de massa planetária com relativa rapidez. Para resolver o ‘buraco’ no centro desse gás, o número de comprimentos de onda que podem caber no diâmetro do seu telescópio deve corresponder a uma resolução mais nítida do que o tamanho angular aparente do próprio ‘buraco’. (B. SAXTON (NRAO / AUI / NSF) / G. TREMBLAY ET AL./NASA/ESA HUBBLE / ALMA (ESO / NAOJ / NRAO))
Os maiores buracos negros, vistos da Terra, possuem horizontes de eventos de apenas dezenas de microarcsegundos (μas) em tamanho angular.
A primeira imagem divulgada do Event Horizon Telescope alcançou resoluções de 22,5 microssegundos de arco, permitindo que a matriz resolva o horizonte de eventos do buraco negro no centro de M87. Um telescópio de prato único teria que ter 12.000 km de diâmetro para atingir essa mesma nitidez. (COLABORAÇÃO DO TELESCÓPIO HORIZON DO EVENTO)
A resolução de um telescópio, enquanto isso, é fundamentalmente determinada por quantos comprimentos de onda de luz se encaixam em seu diâmetro físico.
Esta imagem composta de uma região do Universo distante (superior esquerdo) usa dados ópticos (superior direito) e infravermelho próximo (inferior esquerdo) do Hubble, juntamente com dados do infravermelho distante (inferior direito) do Spitzer. O Telescópio Espacial Spitzer é quase tão grande quanto o Hubble: mais de um terço de seu diâmetro, mas os comprimentos de onda que ele sonda são muito maiores que sua resolução é muito pior. O número de comprimentos de onda que se ajustam ao diâmetro do espelho primário é o que determina a resolução. (NASA/JPL-CALTECH/ESA)
Podemos ultrapassar esse limite aproveitando uma série de telescópios, usando a técnica de interferometria de linha de base muito longa .
O Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, fotografado com as nuvens de Magalhães acima. Um grande número de pratos próximos, como parte do ALMA, ajuda a destacar muitos dos detalhes mais fracos em resoluções mais baixas, enquanto um número menor de pratos mais distantes ajuda a resolver os detalhes dos locais mais luminosos. A adição do ALMA ao Event Horizon Telescope foi o que possibilitou a construção de uma imagem do horizonte de eventos. (ESO/C. MALIN)
Ao equipar e calibrar adequadamente cada telescópio participante, a resolução aumenta, substituindo o diâmetro de um telescópio individual pela distância máxima de separação da matriz.
Este diagrama mostra a localização de todos os telescópios e conjuntos de telescópios usados nas observações de M87 do Event Horizon Telescope de 2017. Apenas o Telescópio do Pólo Sul não conseguiu visualizar M87, pois está localizado na parte errada da Terra para ver o centro dessa galáxia. Cada um desses locais é equipado com um relógio atômico, entre outros equipamentos. (NRAO)
No Event Horizon Telescope capacidades máximas de linha de base e comprimento de onda , atingirá resoluções de ~15 μas: uma melhoria de 33% em relação às primeiras observações.
Todas essas imagens do mesmo alvo foram tiradas com o mesmo telescópio (Hubble), mas estão em comprimentos de onda crescentes à medida que você vai da esquerda para a direita. Essa é a razão pela qual eles têm resoluções mais altas e mais nítidas à esquerda. As imagens mais à esquerda também têm uma frequência mais alta, bem como um comprimento de onda mais curto; na porção de rádio do espectro, muitas vezes falamos sobre frequência em vez de comprimento de onda, principalmente por razões históricas. (NASA, ESA E D. MAOZ (UNIVERSIDADE DE TEL-AVIV E UNIVERSIDADE DE COLUMBIA))
Atualmente limitado a 345 GHz , poderíamos lutar por frequências de rádio mais altas, como 1 a 1,6 Hz , progredindo nossa resolução para apenas ~3 a 5 μas.
Esta fotografia mostra o radiotelescópio russo Spektr-R (RadioAstron) nascido no espaço no complexo de integração e teste da Plataforma de Lançamento №31 no Centro Espacial de Baikonur. Este é atualmente o nosso maior e mais poderoso radiotelescópio no espaço. Se equiparmos um conjunto de telescópios como este com o equipamento necessário para sincronizá-los com o resto do Event Horizon Telescope, poderíamos estender nossa linha de base para centenas de milhares de quilômetros. (ARQUIVO RIA NOVOSTI, IMAGEM Nº 930415 / OLEG URUSOV / CC-BY-SA 3.0)
Mas o maior aprimoramento viria da extensão de nosso conjunto de radiotelescópios para o espaço.
As distâncias Terra-Lua conforme mostrado, em escala, em relação aos tamanhos da Terra e da Lua. É assim que parece ter a Lua a aproximadamente 60 raios terrestres de distância: a primeira distância ‘astronômica’ já determinada, há mais de 2.000 anos. Observe quanto maior a linha de base que a distância Terra-Lua nos daria em comparação com simplesmente o diâmetro da Terra. (NICKSHANKS OF WIKIMEDIA COMMONS)
Equipando-os com relógios atômicos e downlinks de dados rápidos poderia estender nossa linha de base para o tamanho da órbita da Lua.
Quando o material é devorado por um buraco negro, ele aquece e emite radiação em uma variedade de comprimentos de onda. Enquanto nossa primeira imagem do horizonte de eventos de um buraco negro veio da observação a uma frequência de 230 GHz e com uma linha de base de cerca de 12.000 km, frequências mais altas e linhas de base mais longas poderiam levar a imagens tão nítidas quanto a ilustração deste artista mostrada aqui. (NASA/JPL-CALTECH)
Com melhorias de frequência e de linha de base, conseguimos atingir uma resolução de ~0,05 μas: 440 vezes mais nítida do que nossa primeira imagem de horizonte de eventos.
Em abril de 2017, todos os 8 telescópios/matrizes de telescópios associados ao Event Horizon Telescope apontavam para Messier 87. É assim que um buraco negro supermassivo se parece, onde o horizonte de eventos é claramente visível. Somente através do VLBI poderíamos alcançar a resolução necessária para construir uma imagem como esta, mas existe potencial para um dia melhorá-la para ficar centenas de vezes mais nítida. (EVENTO HORIZON TELESCÓPIO COLABORAÇÃO ET AL.)
Principalmente Mute Monday conta uma história científica em imagens, recursos visuais e não mais de 200 palavras. Fale menos; sorria mais.
Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .
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