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É revelada a primeira imagem real de um buraco negro – Einstein estava certo

18 de Abril de 2019, por Rodrigo Silva

À esquerda, simulação de como seria um buraco negro, baseada nas equações de Einstein. À direita, a imagem real do buraco negro

Publicado em 10 de abril de 2019

Atualizado em 18 de abril de 2019

 Buracos negros: o que são?

A massa de um objeto, propriedade da matéria relacionada à quantidade desse objeto que ocupa determinado lugar no espaço, apresenta como consequência um curioso fato: a formação de um campo de forças ao redor do corpo que irá interagir com qualquer outro que também possua massa e esteja próximo o suficiente. Sim! Os seres humanos, assim como todos os objetos cotidianos que os rodeiam, possuem massa. Conseguinte, todos os seres (animados ou não) geram tal campo de forças ao redor de si, de forma que todos os objetos se atraem. Porém, nossos corpos, e os objetos à nossa volta, possuem massa muito pequena para que essa força de atração seja fisicamente significante, que seja sequer notada. Não obstante, quando falamos de corpos espaciais de grande massa (planetas, estrelas...) a situação é diferente.

Quando a massa de um objeto espacial é grande o suficiente, o campo de forças torna-se extremamente significativo e atrai para si corpos que estejam nas proximidades. Chamamos tal campo de forças de “campo gravitacional”. A gravidade, que nos prende à terra, é consequência direta desse campo que é gerado pela massa que o planeta possui (aproximadamente 5,9 sextilhões de toneladas – para se ter ideia da magnitude da grandeza, “sextilhões” é o equivalente ao número dado seguido de 21 “zeros”).

Esse campo gravitacional, porém, não depende somente da massa. O tamanho do corpo, que está diretamente relacionado à quantidade de espaço ocupada pelo mesmo, também é um fator determinante. Já foi dito que quanto maior a massa de um corpo, maiores serão as forças de atração causadas pelo campo gravitacional por ele formado.  Já com o tamanho do objeto, ocorre o oposto: quanto menor for o objeto, em tamanho, maiores serão os efeitos do campo gravitacional por ele gerado. Tendo isso em mente, imaginemos agora um corpo espacial com massa extremamente grande (bilhões de vezes a massa da terra) e que, simultaneamente, ocupe um espaço extremamente pequeno para uma quantidade de massa tão grande... teríamos uma força gravitacional gigantesca que atrairia qualquer objeto nas proximidades para si! Teríamos, teoricamente, um buraco negro!

Um buraco negro não pode ser visto

O efeito da gravidade como uma força gerada por massa que atrai massa foi apresentada pelo físico britânico Isaac Newton em 1687, num conjunto de postulados válidos e amplamente utilizados: as famosas “Leis de Newton”. Porém, Einstein propôs – em 1915, com a “Teoria da Relatividade Geral” – que a gravidade, na realidade, se tratava da iteração entre energia e energia. Em outras palavras, Einstein propôs que a gravidade não governa somente o movimento de partículas com massa; mas governa também o movimento de partículas que não possuem massa, como a luz.

Quando olhamos os objetos à nossa volta não enxergamos diretamente os objetos em si, mas sim o que eles refletem. Em outras palavras, o que nossos olhos captam, na realidade, é a luz que incide sobre os objetos e que por eles é refletida. Por isso não enxergamos quando não há luz.

Observações astronômicas ao longo da história apontam a existência de estrelas que se movem de maneira “estranha”, como se estivessem orbitando um objeto de massa muito maior, mas invisível. Assim nasceu a teoria do buraco negro, com base nos postulados de Einsten: uma região de campo gravitacional tão imenso que nem mesmo a luz escapa de sua força de atração.

A região ao redor de um buraco negro à qual a luz não escapa é denominada “horizonte de eventos”. Dessa forma, o buraco negro não reflete luz alguma e, consequentemente, não podemos vê-lo. Todas as imagens de buracos negros disponíveis em livros, na internet, ou em filmes, até o dia de hoje (10 de abril de 2019), tratam-se de simulações feitas em computador. A primeira simulação foi realizada pelo astrofísico Jean-Pierre Luminet na década de 1960.

Se buracos negros são invisíveis, como sabemos que existem e como os detectamos?

Tal detecção é feita de forma indireta. Buracos negros podem ser percebidos pelos efeitos gravitacionais que causam nas regiões próximas ainda visíveis (regiões às quais a luz ainda é refletida pelos objetos – fora do horizonte de eventos). Os corpos que tendem a ser atraídos pelo buraco negro apresentam variações de velocidade que são observáveis e podem indicar a presença de um buraco negro. Essa variação de velocidade, inclusive, possibilita o cálculo para a massa aproximada do buraco negro.

Além do mais, quando o campo gravitacional de um buraco negro absorve a matéria ao seu redor, toda a matéria é comprimida. Essa matéria apresenta significativo aumento de temperatura e passa a emitir uma grande quantidade de raios-X. Dessa forma, sensores que detectam raios-X podem ser utilizados para a localização de buracos negros.

Como capturar a imagem de um objeto do qual nem mesmo a luz escapa?

O poder de um telescópio é limitado ao tamanho que possui. Para captar pequenos pontos de luz “residuais” no horizonte de eventos de um buraco negro, combiná-los e formar uma imagem nítida, seria necessário um telescópio de milhares de quilômetros de diâmetro. Seria um telescópio tão grande que poderia se reduzir a destroços ao sucumbir ao próprio peso. A solução apresentada por uma colaboração internacional foi “transformar a Terra” em um telescópio gigante!

O projeto Event Horizont Telescope (EHT), que envolveu aproximadamente 200 cientistas, combinou oito telescópios, cada um de observatórios de diferentes pontos ao redor da Terra, como se cada um deles fosse o fragmento de um espelho gigante. Cada um deles foi sincronizado com relógios extremamente precisos. Cada sinal detectado foi combinado e organizado com algoritmos matemáticos complexos que exigiram alto poder de processamento. Dessa forma, transformaram a Terra num telescópio virtual gigante, com cerca de 10.000 quilômetros de diâmetro. Os dados foram coletados no ano de abril de 2017 e foram processados e analisados durante os dois últimos anos.

O “telescópio virtual gigante” foi apontado para dois pontos específicos: o primeiro é Sagittarius A*, a região central da nossa própria galáxia (a Via Láctea), onde estimavas apontam a existência de um buraco negro com a massa de aproximadamente quatro milhões de vezes a do Sol. O segundo é o centro da galáxia M87, que está a cerca de 500 milhões de trilhões de quilômetros, também um local onde estimava-se a existência de um outro buraco negro, ainda mais massivo, com cerca de 6,5 bilhões de vezes a massa do Sol.

Divulgada a primeira imagem de um buraco negro

Após dois anos de espera, foi divulgada – hoje (10 de abril de 2019), por volta das 10h (horário de Brasília), em conferência coletiva de astrônomos – a primeira imagem real de um buraco negro. A imagem é referente ao horizonte de eventos do buraco negro supermassivo com cerca de 6,5 bilhões de vezes a massa do Sol, localizado na galáxia M87. Possui tamanho de 40 bilhões de quilômetros (cerca de 3 milhões de vezes o tamanho da Terra) e foi descrito pelos cientistas como “um monstro”.

Tal registro representa um marco histórico para a ciência e tecnologia e coloca em jogo os postulados de Einstein. A imagem da região central da Via Láctea (Sagittarius A*) ainda não foi divulgada. Antxon Alberdi, diretor do Instituto de Astrofísica da Andaluzia, afirmou que tal imagem não foi apresentada devido à existência de algumas dificuldades técnicas que logo serão contornadas.

Einstein estava certo!

Com a fotografia real de um buraco negro recém divulgada, a existência do mesmo deixa de ser uma teoria e torna-se um fato. Torna-se válida, inclusive, a “Teoria da Relatividade Geral” de Albert Einstein. Afinal, a existência confirmada de uma região cujo campo gravitacional é tão grande a ponto de sugar tudo o que está ao redor, inclusive a luz, confirma que a gravidade governa também o movimento de partículas sem massa, como propôs Einstein.

Além do mais, a imagem revelada está extremamente de acordo com simulações realizadas pela equipe do projeto EHT. As simulações foram baseadas nas equações de Einstein que previram o buraco negro como um anel brilhante no entorno de uma forma escura. Previram que o horizonte de eventos deveria ter uma forma circular e tamanho proporcional à massa do buraco negro. O anel brilhante é produzido por partículas de gás e poeira aceleradas em alta velocidade e destruídas pouco antes de serem completamente “sugadas” pelo buraco negro e desaparecem.

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