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Atualização do ALMA para possibilitar a obtenção de imagens de horizontes de eventos de buracos negros supermassivos

4 de Junho de 2014

Os cientistas levaram a cabo uma atualização importante do Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ao instalar um relógio atómico de ultra-precisão no Local de Operações da Rede ALMA - local onde se encontra o supercomputador correlador. O atual relógio, que tinha uma referência de tempo baseada em rubídio, foi substituído por um mais preciso maser de hidrogénio.

Esta atualização beneficiará os utilizadores do ALMA e eventualmente permitirá que o ALMA se sincronize com a rede mundial de infraestruturas de rádio astronomia, de modo a formar um telescópio do tamanho da Terra com o poder de amplificação necessário para ver detalhes mesmo na borda do buraco negro supermassivo que se encontra no centro da Via Láctea [2], o que corresponde a um poder de resolução milhares de vezes maior do que o alcançado pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA.

No entanto, antes do ALMA poder emprestar as suas capacidades sem precedentes a esta e outras observações científicas semelhantes, tem primeiro que se transformar num tipo diferente de instrumento conhecido por antenas de fase. Esta nova versão do ALMA permitirá que 50 das suas 66 antenas funcionem como uma única antena parabólica com o poder colector de uma parabólica de 85 metros de diâmetro. O Projeto de Fase do ALMA é um projeto de melhoramento liderado por Shep Doeleman do MIT Haystack Observatory nos EUA, com uma participação significativa de instituições na Europa e Leste Asiático.

Um marco importante neste projeto foi recentemente atingido quando uma equipa de cientistas fez o que pode ser considerado um “transplante cardíaco” ao telescópio, ao instalar um relógio atómico feito à medida, alimentado por um maser de hidrogénio [3]. Este novo relógio utiliza um processo semelhante a um laser para amplificar um único sinal puro, cujos ciclos são contados para produzir um “tic” muito preciso.

Existem muitas aplicações futuras para as antenas em modo de fase do ALMA, incluindo o seu uso como um elemento numa rede global de telescópios tais como a Global mm-VLBI Array e o Event Horizon Telescope (EHT). O EHT será capaz de obter imagens do ambiente próximo do horizonte de eventos [1] do buraco negro supermassivo situado no centro da Via Láctea [2].

Estas redes globais derivam o seu extraordinário poder de amplificação da ligação entre antenas parabólicas distantes umas das outras, situadas em todo o globo, formando um telescópio virtual do tamanho da Terra. Esta técnica, chamada interferometria, trata-se do mesmo processo que o próprio ALMA usa para combinar os sinais das suas muitas antenas em modo de operação normal. A técnica permite também a redes de telescópios ópticos/infravermelhos como o Very Large Telescope do ESO (VLT) alcançar uma resolução extremamente elevada ao combinar os vários telescópios individuais num único telescópio gigante, o Interferómetro do VLT.

A diferença entre os interferómetros rádio existentes e o futuro interferómetro a nível global é a geografia abrangente do novo projeto, a sua extensão aos comprimentos de onda mais curtos e a adição sem precedentes da área colectora que será fornecida pelo ALMA em modo de fase.

“Ao unir as antenas parabólicas mais avançadas do planeta, que operam nos comprimentos de onda do milímetro e submilímetro, o Event Horizon Telescope cria fundamentalmente um novo instrumento com o maior poder de amplificação jamais alcançado,” disse Doeleman. “Ancorado pelo ALMA, o EHT abrirá uma nova janela na investigação de buracos negros e trará à cena um dos únicos lugares no Universo onde as teorias de Einstein poderão não ter validade: o horizonte de eventos.”

O Instituto Max Planck de Rádio Astronomia em Bona, Alemanha, está a fornecer software indispensável para o Projeto de Fase do ALMA. O seu Diretor, Anton Zensus, acrescenta: “O Projeto de Fase do ALMA é um passo vital em direção à rede milimétrica global para uso da comunidade internacional, construída a partir de muitos anos de esforços conjuntos dos EUA e da Europa. Tal rede tem um potencial enorme em muitas áreas científicas, incluindo a formação de jatos em galáxias ativas e a obtenção de imagens de horizontes de eventos de buracos negros.”

Notas

[1] O horizonte de eventos é uma superfície em torno do buraco negro, onde os acontecimentos no interior não podem afectar um observador externo. Pode ser entendido como o “ponto de não retorno” para o astronauta que cai em direção ao buraco negro.

[2] O buraco negro no centro da Via Láctea é um gigante com quatro mil milhões de vezes a massa do Sol, situado a aproximadamente 26 000 anos-luz da Terra, na direção da constelação do Sagitário. Encontra-se escondido dos "olhos" dos telescópios ópticos por densas nuvens de poeira e gás, razão pela qual os observatórios como o ALMA, que operam nos comprimentos de onda maiores do milímetro e do submilímetro, são essenciais no estudo das suas propriedades.

O modo de fase do ALMA ficará operacional mesmo a tempo de observar um evento cósmico muito esperado, a colisão entre uma nuvem gigante de gás e poeira conhecida por G2 e o buraco negro central supermassivo da nossa Galáxia. Pensa-se que esta colisão poderá acordar o gigante adormecido, gerando imensa energia e possivelmente alimentando um jato de partículas subatómicas, uma característica altamente invulgar numa galáxia espiral de meia idade como é o caso da Via Láctea. Prevê-se que esta colisão comece em 2014, devendo muito provavelmente continuar por mais de um ano.

[3] O nome maser deriva do acrónimo MASER (do inglês Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation). É o mesmo efeito pelo qual a luz é usada num laser fazendo uso de amplificação óptica, apenas no caso do maser a amplificação é feita na região das micro-ondas do espectro electromagnético.

Mais informação

O Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), uma infraestrutura astronómica internacional, é uma parceria entre a Europa, a América do Norte e o Leste Asiático, em cooperação com a República do Chile. O ALMA é financiado na Europa pelo Observatório Europeu do Sul (ESO), na América do Norte pela Fundação Nacional para a Ciência dos Estados Unidos (NSF) em cooperação com o Conselho Nacional de Investigação do Canadá (NRC) e no Leste Asiático pelos Institutos Nacionais de Ciências da Natureza (NINS) do Japão em cooperação com a Academia Sínica (AS) da Ilha Formosa. A construção e operação do ALMA é coordenada pelo ESO, em prol da Europa, pelo Observatório Nacional de Rádio Astronomia (NRAO), que é gerido, pela Associação de Universidades (AUI), em prol da América do Norte e pelo Observatório Astronómico Nacional do Japão (NAOJ), em prol do Leste Asiático. O Observatório ALMA (JAO) fornece uma liderança e direção unificadas na construção, gestão e operação do ALMA.

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