IA cria vídeo de jato de buraco negro a partir de 30 anos de dados

Astrônomos produziram o vídeo de maior resolução já feito de um jato lançado por um buraco negro supermassivo. Para chegar ao resultado, a equipe reuniu quase 30 anos de dados e utilizou novo modelo de aprendizado de máquina capaz de reconstruir o movimento do material e aprimorar as imagens.

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O objeto observado está no centro da galáxia 3C 345, conhecida como um blazar, um tipo extremamente ativo de galáxia cujo núcleo libera um poderoso jato de material, incluindo gás e plasma, a velocidades próximas à da luz.

A origem do jato é um buraco negro supermassivo que pode estar orbitado por um segundo buraco negro. O comportamento variável do jato chama a atenção dos astrônomos há décadas.

Para produzir o vídeo, os pesquisadores utilizaram 116 imagens registradas entre 1995 e 2022. As imagens foram posteriormente combinadas pelo Kine, um algoritmo de aprendizado de máquina baseado em redes neurais capaz de aprimorar esse tipo de observação.

Alguns integrantes da equipe também trabalharam no Event Horizon Telescope, projeto responsável pela primeira imagem de um buraco negro supermassivo.

O vídeo apresenta três perspectivas dos jatos: a intensidade total, a polarização — utilizada como indicador do campo magnético — e o fluxo óptico, que representa a velocidade projetada.

Um jato que parece superar a velocidade da luz

• A alta resolução permitiu aos pesquisadores estudar com grande nível de detalhe a velocidade do plasma dentro do jato;
• As imagens revelam um fenômeno que parece impossível: o material expelido aparenta se mover mais rápido que a velocidade da luz;
• Isso, porém, não significa que o jato esteja realmente violando esse limite. O efeito é causado pela geometria da observação;
• Tudo o que é observado no espaço aparece projetado em uma espécie de abóbada celeste bidimensional, enquanto os objetos se movimentam em três dimensões. Por causa do ângulo em que esses jatos são vistos, materiais que se deslocam muito próximos à velocidade da luz podem parecer viajar várias vezes mais rápido que ela;
• A equipe calculou que a maior parte do gás se move entre nove e 12 vezes a velocidade da luz na velocidade aparente projetada. Curiosamente, as regiões mais brilhantes do jato apresentam velocidades aparentes de dez a 13 vezes a velocidade da luz.

Esse resultado surpreendeu os pesquisadores porque havia a expectativa de que essas regiões mais brilhantes fossem frentes de choque e, portanto, se movessem muito mais rapidamente que o material ao redor.

Os dados não apontaram para isso.

Os autores afirmam que não encontraram evidências de que os componentes brilhantes em movimento sejam regiões fortemente afetadas por choques, como havia sido proposto anteriormente. A interpretação baseada em frentes de choque também perdeu força devido à ausência de uma correlação entre as estruturas brilhantes e os picos de polarização.

Isso não elimina completamente a hipótese de frentes de choque, mas as observações levantam novas questões sobre o que exatamente acontece nesses misteriosos jatos relativísticos.

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IA revela o movimento

Um dos principais elementos do trabalho foi justamente o uso da rede neural para reconstruir o movimento do jato. Em vez de analisar cada imagem individualmente, o algoritmo permitiu aos pesquisadores visualizar como o plasma se desloca ao longo da estrutura.

O método proporciona uma resolução aproximadamente quatro vezes maior que as abordagens convencionais e um contraste 140 vezes maior.

Segundo os pesquisadores, o algoritmo de aprendizado de máquina provavelmente poderá ser utilizado quando for possível produzir o primeiro vídeo do horizonte de eventos de um buraco negro.

O estudo foi publicado na revista Nature.

Rodrigo Mozelli

Rodrigo Mozelli é jornalista formado pela Universidade Metodista de São Paulo (UMESP) e, atualmente, é redator do Olhar Digital.

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