Como imaginar a aparência de um buraco negro

Acabamos de ver a primeira imagem de um buraco negro, o buraco negro supermassivo na galáxia M87 com uma massa 6,5 bilhões de vezes a do nosso sol. Mas o que essa imagem realmente está nos mostrando?

Este é um artigo incrível sobre o tema, escrito por J.P. Luminet:
Imagem de um buraco negro esférico com disco de acreção fino
Astronomy and Astrophysics, vol. 75, nº 1-2, maio de 1979, p. 228-235
https://ve42.co/luminet

Usando minha intuição do dia a dia, me perguntei: veremos a "sombra" do buraco negro mesmo se estivermos olhando de lado para o disco de acreção? A resposta é sim, porque o buraco negro deforma o espaço-tempo, então mesmo que normalmente não pudéssemos ver a parte de trás do disco de acreção, neste caso podemos, pois sua luz é curvada para cima e por cima do buraco negro. Da mesma forma, conseguimos ver a luz da parte inferior de trás do disco de acreção porque ela é curvada por baixo do buraco negro. Além disso, há imagens adicionais da luz que dá meia volta ao redor do buraco negro, formando os anéis internos.

E quanto à própria "sombra" do buraco negro? Bem, inicialmente pensei que não poderia ser uma imagem do horizonte de eventos porque ela é muito maior (2,6 vezes maior). Mas se você rastrear os raios de volta, verá que para cada ponto da sombra, há um raio correspondente que retorna ao horizonte de eventos. Então, na verdade, de nosso ponto de observação, vemos todos os lados do horizonte de eventos simultaneamente! Na verdade, infinitas dessas imagens, considerando o número praticamente infinito de vezes que um fóton pode orbitar o buraco negro antes de cair nele. A borda da sombra se deve à esfera de fótons – o raio no qual a luz orbita em trajetórias fechadas. Se um raio de luz vindo em um ângulo oblíquo apenas roçar a esfera de fótons e depois seguir até nossos telescópios, esse é o menor 'parâmetro de impacto' possível, e ocorre em sqrt(27)/2*r_s

Agradecimentos especiais a:
Prof. Geraint Lewis
University of Sydney https://ve42.co/gfl
Assim como ele, espero (prevejo?) que veremos algumas imagens em movimento de buracos negros amanhã

Prof. Rana Adhikari
Caltech https://ve42.co/Rana

Riccardo Antonelli – para excelentes imagens de buracos negros, simulações e código de ray-tracing, confira:
https://ve42.co/rantonels

The Event Horizon Telescope Collaboration
Confira os recursos deles e pegue o link local para a transmissão ao vivo aqui: https://ve42.co/EHT

Agradecimento especial aos apoiadores do Patreon:
Donal Botkin, Michael Krugman, Ron Neal, Stan Presolski, Terrance Shepherd, Penward Rhyme

Filmagem por Raquel Nuno
Animação por Maria Raykova

👉 Este canal foi criado em colaboração com @veritasium e localizado em seu idioma por www.linguana.com

0:00 - Introdução à imagem do buraco negro
0:48 - Horizonte de eventos e disco de acreção
2:01 - Órbita interna e comportamento da matéria
2:48 - Órbita dos fótons e esfera de luz
3:37 - Formação da sombra do buraco negro
6:12 - Imagens múltiplas e perspectiva do disco
7:02 - Óptica relativística da imagem de buraco negro
8:40 - Expectativas para novas imagens e considerações finais