Return to Video

Como fotografar um buraco negro

  • 0:02 - 0:03
    No filme "Interestelar",
  • 0:03 - 0:06
    temos uma visão detalhada
    de um buraco negro supermassivo.
  • 0:07 - 0:09
    Em contraste com um fundo
    de gás brilhante,
  • 0:09 - 0:11
    a força gravitacional
    massiva do buraco negro
  • 0:11 - 0:12
    direciona a luz em um círculo.
  • 0:12 - 0:14
    No entanto, essa não é
    uma fotografia real,
  • 0:14 - 0:16
    mas uma versão de computação gráfica,
  • 0:16 - 0:20
    uma interpretação do que pode ser
    a aparência de um buraco negro.
  • 0:20 - 0:22
    Cem anos atrás,
  • 0:22 - 0:25
    Albert Einstein publicou
    sua teoria da relatividade geral.
  • 0:25 - 0:29
    Desde então, cientistas já apresentaram
    muitos indícios que a confirmam.
  • 0:30 - 0:33
    Mas algo previsto nessa teoria,
    os buracos negros,
  • 0:33 - 0:35
    ainda não foi observado diretamente.
  • 0:35 - 0:38
    Embora tenhamos uma ideia sobre
    a aparência de um buraco negro,
  • 0:38 - 0:41
    na verdade, nunca fotografamos um.
  • 0:41 - 0:45
    Entretanto, isso deve mudar em breve.
  • 0:45 - 0:50
    Talvez vejamos a primeira fotografia
    de um buraco negro nos próximos anos.
  • 0:50 - 0:54
    Para isso, será necessária
    uma equipe internacional de cientistas,
  • 0:54 - 0:58
    um telescópio do tamanho da Terra
    e um algorítimo que monta a imagem final.
  • 0:58 - 1:02
    Não poderei mostrar uma fotografia
    real de um buraco negro hoje,
  • 1:02 - 1:04
    mas quero dar a vocês uma breve visão
    do esforço envolvido
  • 1:04 - 1:06
    em conseguir essa primeira foto.
  • 1:08 - 1:11
    Meu nome é Katie Bouman
    e sou doutoranda no MIT.
  • 1:12 - 1:14
    Faço pesquisas em um laboratório
  • 1:14 - 1:17
    que tenta fazer com que computadores
    vejam além de imagens e vídeo.
  • 1:17 - 1:19
    Apesar de não ser astrônoma,
  • 1:19 - 1:23
    hoje quero mostrar como pude contribuir
    para esse interessante projeto.
  • 1:23 - 1:26
    Se olharem além das luzes da cidade hoje,
  • 1:26 - 1:30
    poderão ter a sorte de uma vista
    deslumbrante da Via Láctea.
  • 1:30 - 1:33
    E, se olhassem além
    das milhões de estrelas,
  • 1:33 - 1:36
    26 mil anos-luz em direção
    ao interior do espiral da Via Láctea,
  • 1:36 - 1:40
    encontrariam um aglomerado
    de estrelas bem ao centro.
  • 1:40 - 1:43
    Espiando além da poeira galáctica
    com telescópios de infravermelho,
  • 1:43 - 1:47
    astrônomos vêm observando
    essas estrelas por mais de 16 anos.
  • 1:47 - 1:51
    Mas o mais espetacular
    é o que eles não veem.
  • 1:51 - 1:54
    Essas estrelas parecem orbitar
    em torno de um objeto invisível.
  • 1:54 - 1:57
    Monitorando o trajeto dessas estrelas,
    astrônomos concluíram
  • 1:57 - 2:01
    que a única coisa pequena e pesada
    o suficiente para gerar o movimento
  • 2:01 - 2:03
    é um buraco negro supermassivo,
  • 2:03 - 2:07
    um objeto tão denso que suga
    tudo que passa por perto,
  • 2:07 - 2:08
    até a luz.
  • 2:08 - 2:11
    Mas o que acontece
    se olharmos mais a fundo?
  • 2:11 - 2:16
    É possível enxergar algo que,
    por definição, é impossível de ser visto?
  • 2:17 - 2:20
    Ocorre que, se dermos um close
    ao comprimento de ondas de rádio,
  • 2:20 - 2:24
    esperamos ver um círculo de luz gerado
    pela lente gravitacional do plasma quente
  • 2:24 - 2:26
    movendo-se em torno do buraco negro.
  • 2:26 - 2:30
    Ou seja, o buraco negro lança uma sombra
    nesse cenário de material brilhante,
  • 2:30 - 2:32
    criando uma esfera de escuridão.
  • 2:32 - 2:36
    Esse círculo brilhante revela
    o horizonte de eventos do buraco negro,
  • 2:36 - 2:38
    no qual a força gravitacional
    torna-se tão intensa
  • 2:38 - 2:40
    que nem a luz consegue escapar.
  • 2:40 - 2:43
    As equações de Einstein preveem
    tamanho e forma do círculo,
  • 2:43 - 2:46
    então fotografá-lo não seria apenas legal:
  • 2:46 - 2:48
    também ajudaria a verificar
    se as equações se sustentam
  • 2:48 - 2:51
    nas situações extremas
    ao redor do buraco negro.
  • 2:51 - 2:53
    No entanto, esse buraco negro
    está tão distante de nós
  • 2:53 - 2:57
    que, da Terra, esse círculo
    aparece incrivelmente pequeno:
  • 2:57 - 3:00
    do mesmo tamanho de uma laranja
    na superfície da Lua.
  • 3:01 - 3:03
    Isso faz com que seja
    extremamente difícil fotografá-lo.
  • 3:05 - 3:06
    Mas por quê?
  • 3:07 - 3:10
    Tudo se resume a uma simples equação.
  • 3:10 - 3:12
    Devido a um fenômeno chamado difração,
  • 3:12 - 3:16
    há limites fundamentais para os menores
    objetos que conseguimos ver.
  • 3:17 - 3:20
    Essa equação governante diz que,
    para vermos coisas cada vez menores,
  • 3:20 - 3:23
    precisamos construir
    telescópios cada vez maiores.
  • 3:23 - 3:26
    Mas, até com os telescópios ópticos
    mais potentes aqui na Terra,
  • 3:26 - 3:29
    não chegamos nem perto
    da resolução necessária
  • 3:29 - 3:31
    para retratar a superfície da Lua.
  • 3:31 - 3:34
    Aliás, mostro aqui uma das imagens
    com maior resolução já tiradas
  • 3:34 - 3:36
    da Lua daqui da Terra.
  • 3:36 - 3:38
    Possui aproximadamente 13 mil pixels,
  • 3:38 - 3:43
    e, ainda, cada pixel contém
    1,5 milhões de laranjas.
  • 3:43 - 3:45
    Então, quão grande deve ser o telescópio
  • 3:45 - 3:48
    para podermos ver uma laranja
    na superfície da Lua
  • 3:48 - 3:50
    e, por extensão, nosso buraco negro?
  • 3:50 - 3:52
    Bem, analisando os números,
  • 3:52 - 3:56
    calculamos facilmente que precisaríamos
    de um telescópio do tamanho da Terra.
  • 3:56 - 3:57
    (Risos)
  • 3:57 - 3:59
    Se conseguíssemos
    construir esse telescópio,
  • 3:59 - 4:02
    poderíamos começar a avistar
    esse distinto círculo de luz
  • 4:02 - 4:04
    que indica o horizonte
    de eventos do buraco negro.
  • 4:05 - 4:07
    Essa fotografia não mostraria
    todos os detalhes que vemos
  • 4:07 - 4:09
    nas versões de computação gráfica,
  • 4:09 - 4:12
    mas permitiria que tivéssemos
    a primeira visão
  • 4:12 - 4:14
    do ambiente intermediário
    ao redor do buraco negro.
  • 4:14 - 4:16
    No entanto, como podem imaginar,
  • 4:16 - 4:20
    construir um telescópio
    do tamanho da Terra é impossível.
  • 4:20 - 4:23
    Mas, nas palavras de Mick Jagger:
    "Você nem sempre consegue o que quer,
  • 4:23 - 4:27
    mas, se tentar, às vezes, vai perceber
    que consegue o que precisa".
  • 4:27 - 4:29
    Conectando telescópios do mundo todo,
  • 4:29 - 4:33
    uma parceria internacional
    chamada Event Horizon Telescope
  • 4:33 - 4:36
    está criando um telescópio
    computacional do tamanho da Terra
  • 4:36 - 4:40
    que soluciona estruturação no nível
    do horizonte de eventos do buraco negro.
  • 4:40 - 4:43
    Essa rede de telescópios deve tirar
    a primeira foto de um buraco negro
  • 4:43 - 4:45
    no ano que vem.
  • 4:45 - 4:49
    Todos os telescópios nessa rede
    mundial trabalham juntos.
  • 4:49 - 4:51
    Ligados pelo horário preciso
    dos relógios atômicos,
  • 4:51 - 4:54
    as equipes de pesquisadores
    em cada local congelam a luz
  • 4:54 - 4:57
    coletando milhares de terabytes em dados.
  • 4:57 - 5:02
    Esses dados são processados
    em um laboratório aqui em Massachusetts.
  • 5:02 - 5:04
    Então, como funciona isso?
  • 5:04 - 5:07
    Lembram-se de que, para vermos
    o buraco negro no centro na galáxia,
  • 5:07 - 5:10
    precisamos construir aquele
    telescópio do tamanho da Terra?
  • 5:10 - 5:14
    Por um momento, vamos imaginar
    que conseguimos construir esse telescópio.
  • 5:14 - 5:18
    Seria como transformar a Terra
    em uma bola de espelhos gigante.
  • 5:19 - 5:21
    Cada espelho receberia luz
  • 5:21 - 5:23
    que poderíamos, então, juntar
    para formar uma imagem.
  • 5:23 - 5:26
    Agora, imaginem que removamos
    a maior parte dos espelhos,
  • 5:26 - 5:28
    deixando restar apenas alguns.
  • 5:28 - 5:33
    Ainda poderíamos juntar essas informações,
    mas agora há muitos buracos.
  • 5:33 - 5:37
    Os espelhos restantes representam
    os locais onde temos telescópios.
  • 5:37 - 5:42
    É um número incrivelmente pequeno
    de leituras para formar uma imagem.
  • 5:42 - 5:45
    Mas, apesar de só recebermos
    luz em alguns locais,
  • 5:45 - 5:49
    conforme a Terra gira,
    podemos ver outras leituras.
  • 5:49 - 5:53
    Ou seja, conforme a bola de espelhos gira,
    os espelhos mudam de lugar
  • 5:53 - 5:56
    e podemos observar
    partes diferentes da imagem.
  • 5:56 - 6:00
    Os algorítimos de imagem que desenvolvemos
    preenchem os espaços na bola de espelhos
  • 6:00 - 6:03
    para reconstruir a imagem
    subjacente do buraco negro.
  • 6:03 - 6:05
    Se tivéssemos telescópios
    em todos os lugares do globo,
  • 6:05 - 6:07
    ou seja, a bola de discos inteira,
  • 6:07 - 6:08
    isso seria trivial.
  • 6:09 - 6:12
    No entanto, vemos apenas
    algumas amostras e, por isso,
  • 6:12 - 6:14
    há um número infinito de imagens possíveis
  • 6:14 - 6:17
    que são coerentes
    com as leituras dos telescópios.
  • 6:17 - 6:20
    Mas nem todas as imagens
    são criadas igualmente.
  • 6:21 - 6:25
    Algumas parecem mais com nossa ideia
    de imagem do que outras.
  • 6:25 - 6:28
    Meu papel ao ajudar a fotografar
    o buraco negro pela primeira vez
  • 6:28 - 6:31
    é desenvolver algorítimos
    que encontrem a imagem mais aceitável
  • 6:31 - 6:34
    que se encaixe nas leituras do telescópio.
  • 6:35 - 6:39
    Assim como desenhistas forenses
    usam descrições limitadas
  • 6:39 - 6:42
    para reconstruir uma fotografia
    com conhecimento em estruturas faciais,
  • 6:42 - 6:46
    os algorítimos que desenvolvo
    usam dados limitados do telescópio
  • 6:46 - 6:50
    para nos levar a uma imagem que também
    se pareça com as substâncias no universo.
  • 6:50 - 6:54
    Usando esses algorítimos,
    podemos reconstruir imagens
  • 6:54 - 6:56
    a partir desses poucos dados ruidosos.
  • 6:56 - 7:00
    Aqui está um exemplo de reconstrução
    feita com dados simulados,
  • 7:00 - 7:04
    em que simulamos apontar os telescópios
    para o buraco negro no centro da galáxia.
  • 7:05 - 7:07
    Apesar de ser apenas uma simulação,
  • 7:07 - 7:09
    esse tipo de reconstrução nos dá esperança
  • 7:09 - 7:13
    de que logo poderemos, de fato,
    fotografar um buraco negro
  • 7:13 - 7:15
    e, a partir disso, determinar
    sua circunferência.
  • 7:16 - 7:19
    Gostaria muito de falar
    sobre os detalhes desse algorítimo,
  • 7:19 - 7:21
    mas, para a sorte de vocês,
    não temos tempo.
  • 7:22 - 7:24
    Ainda assim, quero dar uma breve noção
  • 7:24 - 7:26
    sobre como definimos
    a aparência do universo
  • 7:26 - 7:30
    e como usamos isso para reconstruir
    e verificar nossos resultados.
  • 7:30 - 7:33
    Como há um número infinito
    de imagens possíveis,
  • 7:33 - 7:35
    que bem explicam
    as leituras do telescópio,
  • 7:35 - 7:38
    temos que escolher
    entre elas de alguma forma.
  • 7:38 - 7:40
    Fazemos isso classificando as imagens
  • 7:40 - 7:43
    com base na probabilidade de serem
    imagens do buraco negro
  • 7:43 - 7:45
    e escolhendo a mais provável.
  • 7:45 - 7:47
    O que isso significa?
  • 7:48 - 7:50
    Imaginem que tentamos montar um modelo
  • 7:50 - 7:53
    que mostra a probabilidade
    de uma imagem aparecer no Facebook.
  • 7:53 - 7:55
    Seria preferível que ele mostrasse
  • 7:55 - 7:58
    que é bem improvável que alguém poste
    essa imagem ruidosa à esquerda,
  • 7:58 - 8:02
    e que é bem provável que alguém poste
    uma "selfie" como a da direita.
  • 8:02 - 8:04
    A imagem ao centro está desfocada,
  • 8:04 - 8:07
    então, embora seja mais provável vê-la
    no Facebook do que a imagem ruidosa,
  • 8:07 - 8:10
    é menos provável vê-la
    ao compará-la com a "selfie".
  • 8:10 - 8:13
    Mas, quando se trata
    de imagens do buraco negro,
  • 8:13 - 8:17
    deparamo-nos com um enigma:
    nunca vimos um buraco negro.
  • 8:17 - 8:19
    Então, como deve ser
    a imagem de um buraco negro,
  • 8:19 - 8:21
    e o que supor sobre a estrutura
    dos buracos negros?
  • 8:21 - 8:24
    Podemos tentar usar imagens
    de simulações que fizemos,
  • 8:24 - 8:27
    como a imagem do buraco
    negro de "Interestelar",
  • 8:27 - 8:30
    mas, se fizermos isso,
    podemos causar sérios problemas.
  • 8:30 - 8:34
    O que aconteceria se a teoria
    de Einstein não fosse sustentada?
  • 8:34 - 8:38
    Ainda íamos querer reconstruir um cenário
    preciso do que estava acontecendo.
  • 8:38 - 8:41
    Se incorporarmos demais as equações
    de Einstein em nossos algorítimos,
  • 8:41 - 8:44
    vamos acabar vendo o que esperamos ver.
  • 8:44 - 8:46
    Queremos deixar as opções em aberto
  • 8:46 - 8:49
    para caso haja um elefante gigante
    no centro da galáxia.
  • 8:49 - 8:50
    (Risos)
  • 8:50 - 8:53
    Tipos diferentes de imagens
    têm características bem distintas.
  • 8:53 - 8:56
    Podemos diferenciar facilmente
    imagens de simulação do buraco negro
  • 8:56 - 8:59
    das fotos tiradas
    todos os dias aqui na Terra.
  • 8:59 - 9:02
    Precisamos saber dizer
    aos algorítimos como as imagens são
  • 9:02 - 9:05
    sem aplicar somente
    um tipo de característica.
  • 9:06 - 9:08
    Uma forma de contornarmos isso
  • 9:08 - 9:11
    é aplicando características
    de diferentes tipos de imagens
  • 9:11 - 9:15
    para ver como o tipo de imagem
    que adotamos afeta as reconstruções.
  • 9:16 - 9:19
    Se todos os tipos de imagem
    produzem uma imagem similar,
  • 9:19 - 9:21
    podemos começar a ficar mais confiantes
  • 9:21 - 9:25
    de que as suposições que estamos fazendo
    não influenciam muito a foto.
  • 9:26 - 9:28
    É quase como dar a mesma descrição
  • 9:28 - 9:32
    a três desenhistas
    de diferentes partes do mundo.
  • 9:32 - 9:34
    Se todos produzirem um rosto parecido,
  • 9:34 - 9:36
    podemos começar a confiar
  • 9:36 - 9:40
    que não estão aplicando
    suas tendências culturais nos desenhos.
  • 9:40 - 9:43
    Uma forma de aplicarmos diferentes
    características de imagem
  • 9:43 - 9:46
    é usando partes de imagens existentes.
  • 9:46 - 9:51
    Pegamos um grande conjunto de imagens
    e as repartimos em pequenos pedaços.
  • 9:51 - 9:55
    Podemos considerar cada pedaço
    uma peça de quebra-cabeça.
  • 9:55 - 10:00
    E utilizamos peças comumente vistas
    para montar uma imagem
  • 10:00 - 10:02
    que se encaixa nas leituras do telescópio.
  • 10:03 - 10:07
    Tipos diferentes de imagens
    têm conjuntos diferentes de peças.
  • 10:07 - 10:10
    Então, o que acontece
    quando pegamos os mesmos dados
  • 10:10 - 10:14
    mas usamos conjuntos diferentes
    de peças para reconstruir a imagem?
  • 10:14 - 10:19
    Vamos começar com as peças
    da simulação da imagem do buraco negro.
  • 10:19 - 10:23
    Bem, parece aceitável. É como esperamos
    que seja um buraco negro.
  • 10:23 - 10:24
    Mas será que a obtivemos
  • 10:24 - 10:27
    porque utilizamos partes de imagens
    de simulação do buraco negro?
  • 10:27 - 10:32
    Vamos tentar outro conjunto de peças
    de outros objetos astronômicos.
  • 10:33 - 10:35
    Conseguimos uma imagem semelhante.
  • 10:35 - 10:37
    E que tal partes de imagens cotidianas,
  • 10:37 - 10:40
    como as fotos que tiramos
    com nossas câmeras?
  • 10:41 - 10:43
    Ótimo, vemos a mesma imagem.
  • 10:43 - 10:47
    Quando obtemos a mesma imagem
    de todos os conjuntos de peças,
  • 10:47 - 10:49
    podemos começar a ficar mais confiantes
  • 10:49 - 10:53
    de que as suposições que fazemos
    não influenciam muito a imagem final.
  • 10:54 - 10:57
    Também podemos pegar
    o mesmo conjunto de peças,
  • 10:57 - 11:00
    como aquelas extraídas
    de imagens cotidianas,
  • 11:00 - 11:03
    e usá-las para reconstruir vários tipos
    diferentes de imagens originais.
  • 11:03 - 11:04
    Então, nas simulações,
  • 11:04 - 11:08
    imaginamos que um buraco negro se parece
    com outros objetos astronômicos,
  • 11:08 - 11:12
    bem como imagens cotidianas se parecem
    com elefantes no centro da galáxia.
  • 11:12 - 11:15
    Quando os resultados dos algorítimos
    abaixo são semelhantes
  • 11:15 - 11:17
    à simulação de imagem real acima,
  • 11:17 - 11:21
    podemos começar a confiar
    em nossos algorítimos.
  • 11:21 - 11:25
    E quero destacar aqui
    que todas essas images foram criadas
  • 11:25 - 11:28
    juntando pequenas peças
    de fotografias cotidianas,
  • 11:28 - 11:30
    como as que tiramos com nossas câmeras.
  • 11:30 - 11:33
    Então, uma imagem
    de um buraco negro jamais vista
  • 11:33 - 11:37
    pode ser criada se juntarmos
    imagens que vemos o tempo todo
  • 11:37 - 11:40
    de pessoas, prédios,
    árvores, gatos e cães.
  • 11:40 - 11:42
    Ideias de imagens como essas permitirão
  • 11:42 - 11:45
    que tiremos as primeiras
    fotos de um buraco negro
  • 11:45 - 11:48
    e, com sorte, comprovemos
    as famosas teorias
  • 11:48 - 11:50
    com as quais os cientistas
    contam diariamente.
  • 11:50 - 11:53
    Mas é claro que a obtenção
    de ideias como essas
  • 11:53 - 11:56
    nunca teria sido possível sem a incrível
    equipe de pesquisadores
  • 11:56 - 11:58
    com quem tenho o privilégio de trabalhar.
  • 11:58 - 11:59
    Ainda me surpreende
  • 11:59 - 12:02
    que, embora tenha começado o projeto
    sem conhecimento em astrofísica,
  • 12:02 - 12:05
    o que alcançamos por meio
    dessa colaboração singular
  • 12:05 - 12:08
    poderá resultar nas primeiras
    imagens de um buraco negro.
  • 12:08 - 12:11
    Mas grandes projetos
    como o Event Horizon Telescope
  • 12:11 - 12:14
    obtêm êxito devido a todo
    o conhecimento interdisciplinar
  • 12:14 - 12:15
    que pessoas diferentes trazem.
  • 12:15 - 12:19
    Somos uma mistura de astrônomos,
    físicos, matemáticos e engenheiros.
  • 12:20 - 12:24
    Em breve, será possível alcançar algo
    que já foi considerado impossível.
  • 12:25 - 12:27
    Gostaria de encorajá-los a saírem
  • 12:27 - 12:29
    e ajudarem a ampliar
    os limites da ciência,
  • 12:29 - 12:33
    mesmo que, no início, pareça
    tão misterioso quanto um buraco negro.
  • 12:33 - 12:34
    Obrigada.
  • 12:34 - 12:37
    (Aplausos)
Title:
Como fotografar um buraco negro
Speaker:
Katie Bouman
Description:

No centro da Via Láctea, há um buraco negro supermassivo que se alimenta de um disco giratório de gás quente, sugando tudo que passa por perto, até mesmo a luz. Não conseguimos vê-lo, mas seu horizonte de eventos lança uma sombra, e uma imagem dessa sombra poderia ajudar a responder a algumas perguntas importantes sobre o universo. Cientistas pensavam que para produzir essa imagem seria necessário utilizar um telescópio do tamanho da Terra, até que Katie Bouman e uma equipe de astrônomos encontraram uma brilhante alternativa. Saiba mais sobre como podemos enxergar na escuridão total.

more » « less
Video Language:
English
Team:
TED
Project:
TEDTalks
Duration:
12:51

Portuguese, Brazilian subtitles

Revisions Compare revisions