Medição espacial do turbilhão de massa num buraco negro com centenas de milhões de massas solares

“2018 foi o ano mirabilis

Instrumento GRAVITY e câmara de infravermelho desenvolvidas por cientistas do CENTRA, Ciências ULisboa e FEUP

Ilustração de um buraco negro ativo no centro de uma galáxia

ESO/L. Calçada

Curiosidades

O que é o efeito Doppler?

É um efeito em que a cor dos objetos muda de acordo com a sua velocidade. Este efeito é utilizado para medir a velocidade dos automóveis.

Sabia que um buraco negro é uma concentração de massa muito grande numa escala espacial comparavelmente pequena? A luz não consegue escapar do interior do buraco negro, no entanto, na vizinhança da sua superfície e na presença de matéria, têm lugar fenómenos muito energéticos que emitem luz.

Cientistas portugueses estiveram envolvidos na primeira medição espacial do redemoinho de massa que orbita um buraco negro de centenas de milhões de massas solares. Os resultados desta investigação realizada por uma equipa internacional são divulgados pela revista Nature, no artigo "Spatially resolved rotation of the broad-line region of a quasar at sub-parsec scale".

Nesta investigação foi utilizado o instrumento GRAVITY, que combina a luz dos quatro telescópios gigantes de 8 m de diâmetro do Observatório Europeu do Sul, usando uma técnica denominada de interferometria.

António Amorim, coautor do artigo, professor do Departamento de Física de Ciências ULisboa e investigador no CENTRA, refere que “utilizando o instrumento GRAVITY, do qual o nosso grupo construiu a câmara de infravermelho, observámos variações da velocidade dentro de um ‘quasar’ (3c 273), que é um buraco negro com massas de centenas de milhões de vezes a massa do Sol e com uma luminosidade milhares de vezes superior à de toda uma galáxia como a nossa via Láctea. Este quasar encontra-se a uma distância de 2400 milhões de anos luz.”

Paulo Garcia, coautor do artigo, professor na Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto e investigador do CENTRA, explica que “até agora esta região era localizada apenas através de ecos temporais. Explosões na vizinhança do buraco negro propagavam-se nas riscas, mudando-as ao longo do tempo. Estudando com minúcia o eco temporal na risca e combinando-o com a velocidade da luz, obtinha-se informação sobre a região onde se encontrava o hidrogénio”.


O instrumento GRAVITY e a câmara de infravermelho desenvolvidas pelo CENTRA, um trabalho realizado por cientistas de Ciências ULisboa e da FEUP
Fonte MPE/GRAVITY team

“Em geral, as galáxias massivas albergam, no seu centro, um buraco negro supermassivo. Diz-se que uma galáxia é ativa quando o buraco negro supermassivo no seu centro devora material circundante, permitindo detetar a atividade através da radiação emitida que lhe é característica. Os quasares são as galáxias ativas mais brilhantes, e dos objetos mais brilhantes do Universo. Se estudarmos estes objetos com uma precisão superior a mil vezes mais do que aquela com que distinguimos as sete cores do arco-íris, observamos riscas de emissão de átomos de hidrogénio. Detetam-se, por efeito Doppler, velocidades de milhões de km/h no hidrogénio, compatível com um turbilhão de matéria em torno do buraco negro.”
Mercedes Filho, investigadora do CENTRA e da FEUP


Movimento das nuvens de gás detetados pelo GRAVITY. A cor indica o desvio Doppler os pontos à esquerda/abaixo da linha são em geral avermelhados (movem-se para dentro da folha). Os pontos à direita/acima da linha são em geral azulados (movem-se para fora da folha)
Fonte CENTRA

Para Eckhard Sturm, investigador do Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics (MPE),  “o GRAVITY permitiu medir espacialmente esta região pela primeira vez e observar o movimento das nuvens de gás em torno do buraco negro. As nuvens movem-se num turbilhão em torno do buraco negro central”.

Para se ter uma ideia da impressionante precisão espacial do GRAVITY, imagine que estas nuvens de gás são pequenos LED movendo-se em torno de um eixo na Lua. Estas nuvens movem-se numa região com a forma de um donut, com um raio correspondente de cerca de 10 cm, sendo cada LED posicionado com a precisão de cerca de 6 mm.


Esquema do donut que explica o movimento das nuvens de gás. Este donut roda em torno do eixo. A bola negra ilustra o buraco negro
Fonte GRAVITY collaboration, 2018

A nova técnica permitiu obter informação sobre a massa do buraco negro central e a escala espacial da distribuição do gás. Para Jason Dexter, investigador do MPE, “este método confirma estimativas de cerca de 300 milhões de massas solares para a massa do buraco negro.”

Atualmente, Paulo Garcia está em licença sabática nos telescópios do Chile onde estas descobertas foram feitas. “2018 foi o ano mirabilis do instrumento GRAVITY. Depois de uma década de trabalho a construí-lo, obtivemos resultados excecionais. Em julho detetamos o redshift gravitacional numa estrela que orbita o buraco negro no centro da nossa galáxia. Em outubro detetaram-se ‘relâmpagos’ na vizinhança do buraco negro da nossa galáxia e agora temos este resultado para o quasar 3C273”, conclui.

“Os buracos negros são objetos intrigantes que nos permitem estudar a Física em condições extremas. Com o GRAVITY podemos estudar buracos negros na nossa Galáxia e fora dela.”
Reinhard Genzel, investigador do MPE

Artist's impression of the whirlpool around a gigantic black hole

Fonte L. Calçada/ESO

 

 

CENTRA, com ACI Ciências ULisboa e UIC FEUP
info.ciencias@ciencias.ulisboa.pt

Mais de um milhão de euros para quatro projetos da ULisboa, ao abrigo do 1.º Concurso da FCT e da Aga Khan Development Network. Ciências ULisboa é a instituição proponente de um desses quatro projetos, participando noutro. Ao todo foram selecionados 16 projetos.

Samuel Barata estuda na Faculdade no mestrado de Química e é atleta com algumas medalhas alcançadas. Conheça mais pormenores do percurso do estudante, entrevistado por Ciências ULisboa.

Se ainda não conhece o projeto das cigarras marroquinas, entre no Instagram e acompanhe as aventuras de Gonçalo Costa, distinguido este ano com uma bolsa de início de carreira pela National Geographic Society.

A ULisboa continua a ser a universidade portuguesa melhor classificada no Ranking de Shanghai. Acima do intervalo em que é classificada a ULisboa – 151 a 200 – encontram-se 52 universidades europeias, mas nenhuma delas é do sul da Europa ou do espaço ibero-americano.

“Back to the future: Testing different scenarios for the next supercontinent gathering” da autoria de Hannah S. Davies, J. A. Mattias Green e João C. Duarte foi publicado na Science Direct a 26 de julho e é um dos temas da edição impressa do próximo mês de outubro da Global and Planetary Change.

O que fazem e o que pensam alguns membros da comunidade de Ciências? O Dictum et factum de agosto é com Manuela Perdigão, técnica superior do Gabinete de Obras, Manutenção e Espaços da Área de Serviços Técnicos de Ciências ULisboa.

O workshop ESP 2018 organizado pelo BioISI em finais de julho no campus de Ciências ULisboa foi lecionado por Christiane de Boeck, Karl Kunzelmann, Robert Tarran, Anthony Kicic, Mike Gray, Martin Hug e Margarida Amaral, reconhecidos internacionalmente na área da Fibrose Quística.

"O nosso colega José Rufino tinha uma alma grande!", escreve em homenagem a colega e amiga Ana Paula Claúdio, professora do Departamento de Informática de Ciências ULisboa.

Michael Hoch, reitor da Universidade de Bonn, na Alemanha,visitou Ciências ULisboa com o objetivo de analisar o potencial de cooperação entre as instituições.

Pela primeira vez são revelados os efeitos previstos pela relatividade geral de Einstein no movimento de uma estrela que passa perto do buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea.

​Raquel Conceição, professora do DF de Ciências ULisboa e investigadora do IBEB, coordenou a Ação COST TD1301, no valor de aproximadamente meio milhão de euros e que durou quatro anos, juntando cerca de 255 profissionais, entre investigadores, engenheiros e médicos de 30 países do mundo.

O EIT Health é um consórcio europeu dedicado à inovação em saúde, constituído por cerca de 140 entidades. Ciências ULisboa é parte integrante e ativa desde a sua génese.

O que fazem e o que pensam alguns membros da comunidade de Ciências? O Dictum et factum de julho é com Fernando Mestre, técnico superior da Direção Financeira e Patrimonial de Ciências.

Koraljka Muzic é a investigadora principal da proposta de observação, que levou à captura do enxame estelar RCW 38. Natural da Croácia, chegou a Ciências em 2017 para estudar as anãs castanhas, um dos grandes mistérios da Astronomia.

Joana S. Cristóvão estuda uma das mais abundantes proteínas do cérebro - a proteína S100B – com funções regulatórias associadas à resposta inflamatória, apresentando níveis elevados em pessoas com a doença de Alzheimer.

A ciência é global e colaborativa. Quem o diz é Cláudio M. Gomes, professor do DQB e investigador do BioISI. Recentemente, juntamente com outros cientistas descobriu um novo mecanismo bioquímico nas células nervosas, que retarda a formação dos depósitos de agregados de proteína no cérebro, causadores da doença de Alzheimer.

Nesta fotolegenda destacamos uma passagem da entrevista com João Pires da Silva, professor do Departamento de Química e Bioquímica que pode ser ouvida no canal YouTube e na área multimédia deste site.

Andreia Santos, psicóloga do Gapsi, menciona a importância de se resgatar a dimensão humana das relações, considerando um elemento muito importante para a sensação de descanso, especialmente em período de férias.

Jorge Buescu, professor do Departamento de Matemática de Ciências e presidente da Sociedade Portuguesa de Matemática, foi eleito membro da Comissão Executiva da European Mathematical Society.

A primeira iniciativa do ciclo Alterações Climáticas: Impactos Biológicos e Socioeconómicos é organizada por Ciências. O próximo evento desta rede ocorre em julho e está a ser preparado pelo Instituto Superior de Agronomia.

O Centro Ciência Viva do Lousal (CCVL) – Mina de Ciência recebeu o prémio Melhor Projeto Público 2017. A Faculdade é membro associado e fundador da Associação CCVL garantindo a atualização e o rigor dos conteúdos comunicados.

O que fazem e o que pensam alguns membros da comunidade de Ciências? O Dictum et factum de junho é com Marta Aido, que trabalha no Instituto Dom Luiz.

Novos mapas de risco de incêndios florestais para 2018 resultam de um trabalho conjunto entre engenheiros florestais, estatísticos e climatólogos.

O professor do Departamento de Biologia Vegetal e membro da COST Action FA1306, que chegou agora ao fim, faz um balanço da rede transeuropeia e dá-nos a conhecer o projeto INTERPHENO e que poderá ser o primeiro passo para a constituição de uma rede nacional de fenotipagem.

"Associada à ideia de perfeccionismo surge a luta por objetivos elevados e irrealistas". Mais uma rubrica da psicóloga Andreia Santos.

Páginas