Agora temos matemática precisa para descrever como os buracos negros refletem o Universo

 Caros Leitores;

Um novo conjunto de equações pode descrever com precisão os reflexos do Universo que aparecem na luz distorcida em torno de um buraco negro.

A proximidade de cada reflexão depende do ângulo de observação em relação ao buraco negro e da taxa de rotação do buraco negro, de acordo com uma solução matemática desenvolvida pelo estudante de física Albert Sneppen do Instituto Niels Bohr na Dinamarca.

Isso é muito legal, com certeza, mas não é apenas muito legal. Também nos dá potencialmente uma nova ferramenta para sondar o ambiente gravitacional em torno desses objetos extremos.

"Há algo fantasticamente lindo em entender agora por que as imagens se repetem de maneira tão elegante", disse Sneppen . "Além disso, oferece novas oportunidades para testar nossa compreensão da gravidade e dos buracos negros ".

Se há uma coisa pela qual os buracos negros são famosos, é sua extrema gravidade. Especificamente que, além de um certo raio, a velocidade mais rápida alcançável no Universo, a da luz no vácuo, é insuficiente para atingir a velocidade de escape.

Esse ponto sem retorno é o horizonte de eventos - definido pelo que é chamado de raio de Schwarszchild  - e é a razão pela qual dizemos que nem mesmo a luz pode escapar da gravidade de um buraco negro.

Fora do horizonte de eventos do buraco negro, no entanto, o ambiente também está seriamente maluco . O campo gravitacional é tão poderoso que a curvatura do espaço-tempo é quase circular.

Quaisquer fótons que entrem neste espaço, naturalmente, terão que seguir essa curvatura. Isso significa que, de nossa perspectiva, o caminho da luz parece estar torto e torto.

Bem na borda interna desse espaço, fora do horizonte de eventos, podemos ver o que é chamado de anel de fótons, onde os fótons viajam em órbita ao redor do buraco negro várias vezes antes de cair em direção ao buraco negro ou escapar para o espaço.

Isso significa que a luz de objetos distantes atrás do buraco negro pode ser ampliada, distorcida e 'refletida' várias vezes. Nós nos referimos a isso como uma lente gravitacional; o efeito também pode ser visto em outros contextos e é uma ferramenta útil para estudar o Universo .

Já sabemos sobre o efeito há algum tempo, e os cientistas descobriram que quanto mais perto você olha para o buraco negro, mais reflexos você vê de objetos distantes.

Para ir de uma imagem para a próxima, você precisava olhar cerca de 500 vezes mais perto da borda óptica do buraco negro, ou a função exponencial de dois pi ( e ^2π ), mas por que esse era o caso era difícil de descrever matematicamente.

A abordagem de Sneppen foi reformular a trajetória da luz e quantificar sua estabilidade linear, usando equações diferenciais de segunda ordem . Ele descobriu que sua solução não apenas descrevia matematicamente por que as imagens se repetem a distâncias de  e ^2π , mas que poderia funcionar para um buraco negro em rotação - e que a distância de repetição depende do spin.

"Acontece que quando ele gira muito rápido, você não precisa mais se aproximar do buraco negro por um fator de 500, mas significativamente menos", disse Sneppen . "Na verdade, cada imagem agora está apenas 50, ou cinco, ou até duas vezes mais perto da borda do buraco negro".

Na prática, isso será difícil de observar, pelo menos em breve - basta olhar para a intensa quantidade de trabalho que foi necessária para a imagem não resolvida do anel de luz em torno do buraco negro supermassivo Pōwehi (M87 * ).

Teoricamente, entretanto, deveria haver anéis infinitos de luz ao redor de um buraco negro. Uma vez que fotografamos a sombra de um buraco negro supermassivo uma vez, esperamos que seja apenas uma questão de tempo antes de conseguirmos obter imagens melhores, e já há planos para obter imagens de um anel de fótons .

Um dia, as imagens infinitas próximas a um buraco negro podem ser uma ferramenta para estudar não apenas a física do espaço-tempo do buraco negro, mas os objetos por trás deles - repetidos em reflexos infinitos na perpetuidade orbital.

A pesquisa foi publicada em Scientific Reports.

Fonte: Science Alert / MICHELLE STARR /13-07-2021

https://www.sciencealert.com/images/2021-07/processed/photon-paths_1024.jpg

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HélioR.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).

Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.

Acompanha e divulga os conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.

Participa do projeto S`CoolGroundObservation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (CloudsandEarth´sRadiant Energy System) administrado pela NASA.A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.

Participa também do projeto The GlobeProgram / NASA GlobeCloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela NationalOceanicandAtmosphericAdministration (NOAA) e U.S DepartmentofState.

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