O que é um buraco negro. E como agora temos a 1ª foto dele

Por Gabriel Maia

Dados para a produção da imagem inédita foram processados ao longo de quase dois anos. Feito é mais uma prova da teoria da relatividade geral enunciada por Albert Einstein em 1915.

A primeira imagem de um buraco negro foi revelada nesta quarta-feira (10). Astro está no centro da Galáxia Messier 87

A primeira imagem de um buraco negro foi revelada nesta quarta-feira (10). Astro está no centro da Galáxia Messier 87

Foi revelada ao público nesta quarta-feira (10) em uma conferência da Fundação Nacional de Ciências dos EUA a primeira imagem real de um buraco negro. Os dados para a formação da imagem haviam sido capturados em abril de 2017 pelo Event Horizon Telescope (Telescópio do Horizonte dos Eventos), projeto de colaboração internacional que reúne uma série de radiotelescópios pelo mundo.

O buraco negro na imagem, denominado M87*, está no centro da galáxia Messier 87, que fica a mais de 50 milhões de anos luz de distância da Terra. Obter essa imagem pode ser comparado a fotografar de São Paulo o diâmetro de um fio de cabelo em Londres. Até a revelação da imagem nesta quarta, só havia modelos ilustrativos do que seria o astro.

O que é um buraco negro

Buraco negro é o nome dado a uma região do universo na qual há uma enorme deformação do espaço-tempo, em decorrência da presença de um fortíssimo campo gravitacional.

Esse campo é tão forte que gera uma zona da qual nem mesmo a luz, que se move à maior velocidade possível no nosso universo (300 mil metros por segundo) é capaz de escapar.

O limite dessa região é denominado de raio de Schwarzschild, ou mais informalmente, de horizonte de eventos. É daí que vem o nome da rede de radiotelescópios. Ou seja: o horizonte de eventos marca a fronteira entre o exterior e o interior do buraco negro – o que passa dele jamais volta. Buracos negros podem variar amplamente de tamanho e massa. O M87* pertence ao grupo dos “buracos negros supermassivos”. É o maior já encontrado, e possui cerca de 1 bilhão de vezes a massa de nosso Sol. Enquanto isso, o menor buraco negro já detectado possui apenas 3,8 vezes a massa do Sol.

Buracos negros não são raros: estima-se que exista um deles para cada 1.000 estrelas comuns, ou seja: cerca de 100 milhões apenas em nossa galáxia.

Quando eles foram teorizados

A possibilidade da existência de buracos negros foi inicialmente derivada da teoria da relatividade geral de Albert Einstein, publicada em 1915. A ideia era heterodoxa, e para muitos parecia fantasiosa demais para representar a realidade: um corpo celeste tão pesado e compacto a ponto de gerar um campo gravitacional do qual nem a luz consegue escapar. Ao longo dos anos, físicos como Karl Schwarzschild, George Lemaître e o próprio Einstein refinaram o que parecia apenas uma peculiaridade matemática.

No dia 1 de setembro de 1939, enquanto as tropas de Adolf Hitler começavam a marchar sobre a Polônia, foi publicado pelos físicos americanos Robert Oppenheimer e Hartland Snyder o primeiro artigo tratando diretamente da existência buracos negros, embora o termo não tivesse ainda sido cunhado.

Ao longo das décadas, o conceito foi sendo gradualmente aceito por físicos e astrônomos e, na virada dos anos 2000, a existência de buracos negros era consenso na comunidade científica. Já haviam sido detectadas diversas evidências, ainda que não houvesse provas definitivas.

Essa prova foi obtida apenas em 2015, com a detecção de ondas gravitacionais causadas pela fusão de dois buracos negros.

Como a foto foi feita

A primeira imagem de um buraco negro revelada nesta quarta-feira (10) foi gerada a partir de dados obtidos por uma equipe internacional de cientistas que trabalham no Telescópio do Horizonte dos Eventos. Trata-se de uma rede de oito radiotelescópios espalhados por quatro continentes, em locais como o Chile e o Polo Sul, que utiliza uma técnica chamada de interferometria.

Radiotelescópios são grandes receptores de ondas de rádio, semelhantes a antenas de TV por satélite, capazes de captar sinais eletromagnéticos vindos de fora do planeta.

A rede permite que esses equipamentos, separados por dezenas de milhares de quilômetros, ajam como um só telescópico com o diâmetro efetivo quase igual ao diâmetro do próprio planeta. Para que os sinais captados em diferentes observatórios possam ser comparados, os instrumentos devem funcionar em perfeita sincronia. Para isso, usam relógios atômicos.

Os dados foram obtidos em abril de 2017. Um total de 5 milhões de gigabytes (5 petabytes, ou 625 mil pendrives de 8 gigabytes) foram gerados pelos radiotelescópios ao longo de uma semana, e desde então esses dados estavam sendo tratados e processados para finalmente culminar na imagem divulgada pela Fundação Nacional de Ciências dos EUA. A imagem final tem pouco mais de 10 kb (caberia 100 vezes em um disquete).

O que há na imagem

A imagem em si pode não parecer muito notável: um círculo borrado. Mas ela representa uma série de coisas significativas do ponto de vista científico.

Luz e outros tipos de radiação não conseguem escapar da atração de um buraco negro, então o que se vê na imagem não é o astro em si. O corpo celeste está na verdade no centro do círculo, e o que vemos é o seu chamado “disco de acreção”. Trata-se de um anel de gás e poeira que orbita o objeto a enormes velocidades. Esse material é aquecido a bilhões de graus devido ao atrito e à compressão, e com isso passa a emitir a radiação que foi detectada pela rede de telescópios.

De qualquer ângulo que observássemos o buraco negro, que é esférico, veríamos um círculo parecido com o que foi registrado pelo Telescópio do Horizonte dos Eventos. O campo gravitacional desses corpos celestes é intenso a ponto de ser capaz de curvar os raios de luz emitidos pelo disco de acreção, fazendo com que eles “dêem a volta” no astro. Por isso podemos ver a parte do disco que ficaria oculta atrás do buraco negro. Portanto, na verdade nessa imagem estamos vendo, ao mesmo tempo, os dois lado do disco.

Há outros aspectos contraintuitivos na imagem do buraco negro. A porção do anel que parece mais brilhante não emite de fato mais radiação, nem está mais próxima de nós. Suas emissões são registradas como mais intensas pois ela está se movendo em nossa direção.

O disco de acreção gira em torno do buraco negro a velocidades tão grandes que se aproximam à velocidade da luz. Quando matéria atinge essas chamadas velocidades relativísticas, regras especiais da física começam a se aplicar. Nesse caso o efeito conhecido como “relativistic beaming”, parecido com o efeito Doppler, faz com que objetos que se movem em direção ao observador pareçam mais brilhantes.

O que muda no campo da astrofísica

A imagem obtida pela equipe internacional de cientistas consolida mais de 100 anos de desenvolvimentos da física e astronomia. Ela abre portas para novos avanços no estudo dos buracos negros. Ainda há muito nessa área que já foi teorizado, mas ainda precisa ser testado.

A equipe do Telescópio do Horizonte dos Eventos tem planos para expandir a rede, com novas instalações nos Alpes franceses, Groenlândia e Namíbia. Há o objetivo de realizar novas observações anualmente, começando em 2020. O buraco negro no centro da Via Láctea, onde está a Terra, também é alvo do telescópio.

Os cientistas da equipe que fez a imagem ressaltam que ela, no entanto, não revela nada sobre o que há no interior do buraco negro.

Para Heino Falcke, da universidade holandesa de Radboud e que preside o conselho cientista do Telescópio do Horizonte de Eventos, “a grande pergunta é se seremos algum dia capazes de transcender esse limite [do horizonte de eventos]. A resposta talvez seja sim, talvez seja não. Isso é frustrante, mas temos que aceitá-la”.