Concepção artística dos fótons que giram em torno de um buraco negro. (Créditos da imagem: Nicolle R. Fuller/NSF).

Um novo estudo realizou cálculos a partir do nosso conhecimento de M87*, o primeiro buraco negro fotografado do Universo, e combinou esses dados com a Teoria da Relatividade Geral para prever que um dia poderemos ver esses objetos — e seus infinitos anéis de luz — em muito mais detalhe.

De Natasha Romanzoti para o HypeScience.

“Este é um momento extremamente emocionante para se pensar na física dos buracos negros. A teoria da relatividade geral de Einstein faz uma série de previsões impressionantes para os tipos de observações que finalmente estão chegando ao nosso alcance, e acho que podemos esperar muitos avanços nos próximos anos”, disse Daniel Kapec, do Instituto de Estudos Avançados de Princeton, nos Estados Unidos.

Buracos negros são objetos gravitacionalmente intensos com “horizontes de eventos” a partir dos quais nada escapa, nem a luz.

Se um fóton chega perto o suficiente, pode ficar preso em órbita em torno do buraco negro. Isso cria um “anel de fóton”, um círculo perfeito em volta do objeto, dentro do disco de acreção do buraco negro, mas fora de seu horizonte de eventos.

Os modelos científicos dos buracos negros sugerem que esse anel de fóton deve criar uma subestrutura intricada que consistiria em “infinitos anéis de luz”, mais ou menos como o efeito observado em um espelho infinito.

“A imagem de um buraco negro na verdade contém uma série de anéis. Cada anel sucessivo tem aproximadamente o mesmo diâmetro, mas se torna cada vez mais nítido porque sua luz orbita o buraco negro mais vezes antes de atingir o observador. Com a imagem atual [que temos de um buraco negro], captamos apenas um vislumbre de toda a complexidade que deve surgir na imagem de qualquer buraco negro”, explicou o astrofísico Michael Johnson, do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, nos Estados Unidos, ao ScienceAlert.

Imagem de um buraco negro na galáxia M87, descoberto pela rede de telescópios Event Horizon. (Créditos da imagem: National Science Foundation).

Na histórica imagem do M87*, retratada acima, podemos ver o disco de acreção (a parte laranja) do buraco negro. A parte negra no centro é a sombra do objeto.

Não é possível ver o anel de fótons, uma vez que ele é muito fino e a resolução não é alta o suficiente para distingui-lo. No entanto, ele deve estar em torno da borda da sombra do buraco negro.

Se pudéssemos vê-lo, esse anel poderia passar informações muito importantes sobre o buraco negro, como sua massa, tamanho e rotação. É possível determinar esses dados a partir do disco de acreção, mas o anel permitia medidas mais precisas.

“Cada subanel consiste em fótons aumentados em relação à visão do observador depois de terem sido coletados pela ‘concha’ de fótons de qualquer lugar do universo. Portanto, em um cenário idealizado, cada subanel conteria uma imagem separada e exponencialmente desmagnificada de todo o universo, com cada subanel subsequente capturando o universo visível em um momento anterior. Juntos, o conjunto de subanéis é semelhante aos quadros de um filme, capturando a história do universo visível conforme vista do buraco negro”, escreveram os pesquisadores em seu artigo.

Os pesquisadores fizeram modelos para determinar se seria possível detectar esses anéis de fótons no futuro. E é. Porém, também é muito difícil.

Para se ter uma ideia, fotografar o M87* foi um feito absurdo em si. Telescópios ao redor de todo o mundo trabalharam em conjunto para criar um “único” instrumento gigante, chamado de “Telescópio do Horizonte de Eventos”, a fim de poder fazer uma imagem do buraco negro.

Os cientistas descobriram que, embora a captura de imagens de buracos negros normalmente exija muitos telescópios distribuídos por todo o planeta, para estudar os anéis, é melhor usar apenas dois telescópios muito distantes.

“Adicionar um telescópio espacial ao Telescópio do Horizonte de Eventos seria suficiente”, esclareceu Johnson.

Bom, seria suficiente, mas só nos daria uma imagem clara de um dos anéis, e não de todas as camadas.

Para detectar o segundo anel, ou subanel, teríamos que ir mais longe do que a órbita baixa da Terra, colocando um telescópio, digamos, na lua. Para o terceiro, teríamos que ir ainda mais longe e assim por diante.

Isso não significa que jamais conseguiremos fotografar esses anéis. A NASA, por exemplo, está planejando uma nova missão à lua. E já temos alguns satélites orbitando mais longe que o nosso satélite natural.

Não teremos essa gloriosa fotografia amanhã, mas quem sabe não demorará tanto assim.

Um artigo sobre a pesquisa foi publicado na revista científica Science Advances. [Phys e ScienceAlert].