Uma imagem e o fim do misterioso horizonte de eventos de um Buraco Negro
Larissa Degen de Almeida*
14 de Abril de 2019
A primeira imagem de um Buraco Negro. Fonte : Event Horizon Telescope Collaboration, via National Science Foundation
“Uma concentração de matéria onde há um campo gravitacional tão intenso que é capaz de curvar o espaço-tempo, fazendo com que nada possa escapar dessa região, nem mesmo a luz.” Isso é um Buraco Negro, conceitualmente. Matematicamente temos como a solução da Teoria da Relatividade Geral de Einstein (1915). Karl Schwarzschild foi o primeiro a propor uma solução da Teoria de Einstein, obtendo assim uma equação que descreve um campo gravitacional externo a um corpo esférico, que depende apenas de sua massa.
Karl demonstrou que se a massa de uma estrela estiver concentrada a um raio menor que r_s = 2GM/(c^2) onde G = constante gravitacional, M = massa do objeto, c^2 = velocidade da luz ao quadrado, ela se tornará um buraco negro. Por exemplo, o raio que toda a massa do Sol deverá estar concentrada para virar um buraco negro é de 3 km. A Terra também pode virar um buraco negro, basta ter sua massa concentrada num raio menor que 1 cm.
100 anos separam a descoberta desses objetos da sua confirmação experimental, com o LIGO, em 2016, onde tivemos a detecção de ondas gravitacionais, também previstas por Einstein, formadas a partir de uma colisão de dois buracos negros. Mas aproximadamente 103 anos após a Teoria da Relatividade Geral ter uma de suas soluções mostradas por Schwarzschild, no dia 10 de abril de 2019, uma equipe de cerca de 200 cientistas de vários países mostraram para o mundo a imagem final de um Buraco Negro.
E como isto foi possível? Primeiro os cientistas escolheram detectar uma luz que envolve o horizonte de eventos do centro de uma galáxia conhecida como M87 e distante 55 milhões de anos-luz da Terra. Seu horizonte de eventos tem comprimento de onda de 1 mm e para captá-lo, seria preciso ter um radiotelescópio do tamanho da Terra. Então foi criado o projeto de telescópios chamado de Telescópio Horizonte de Eventos, em inglês Event Horizon Telescope (EHT), que é um conjunto de 8 telescópios que estão distribuidos em vários locais do mundo. Sincronizados com relógios atômicos, eles coletaram durante cinco dias dados que permitiram criar a imagem.
Os dados coletados demoraram dois anos para serem processados, pois a coleta de dados geradas gerou 4 milhões de Gigabytes. Para se ter uma noção, a quantidade de dados gerados era tão grande que foi preciso levar físicamente os discos rígidos para o MIT Haystack Observatory para serem processados e pesavam meia tonelada [4]. Para transformar essas informações em uma imagem foi preciso um algorítmo específico criado pela Katherine Bouman e cientistas colaboradores durante três anos. (U go GIRL!).
Katie Bouman e a 1a imagem de um buraco negro. Fonte : Twitter de Tamy Emma Pepin de 10 de Abril de 2019.
O projeto EHT utilizou 16 softwares principais [5], sendo 6 deles em Python científico : Numpy, Scipy, Pandas, Astropy, Jupyter, Matplotlib. Metade desses módulos Python são ensinados no 1o período do curso de Licenciatura em Física da UFES-Alegre, desde 2012.
O buraco negro observado possui 6,5 bilhões de massas solares e tem diâmetro de 40 bilhões de quilômetros, nosso sistema solar inteiro cabe dentro dele.
M87 Black Hole Size Comparison. Fonte : xkcd, 10 de Abril de 2019.
Para mais informações, vide em inglês:
[1] Exploring Black Holes, National Science Foundation;
[2] First ever black hole image released, BBC News, 10 de Abril de 2019;
[3] Darkness Visible, Finally: Astronomers Capture First Ever Image of a Black Hole, The New York Times, 10 de Abril de 2019;
[4] Black hole picture captured for first time in space breakthrough, The Guardian, 10 de Abril de 2019;
[5] First M87 Event Horizon Telescope Results. III. Data Processing and Calibration, The Astrophysical Journal Letters, Volume 875, Number 1, 10 de Abril de 2019;
Em português:
[6] Katie Bouman e a Matemática na 1ª foto de buraco negro, nstituto de Matemática Pura e Aplicada (IMPA), 12 de abril de 2019;
[7] Assim se ‘fotografa’ um buraco negro, El País, 11 de Abril de 2019.
(*) : Larissa Degen de Almeida é aluna de Licenciatura em Física na UFES-Alegre, com TCC (Trabalho de Conclusão de Curso) sendo feito sobre Buracos Negros, sob supervisão do prof. Roberto Colistete Jr.
