Pela primeira vez, cientistas conseguem a real imagem de um Buraco Negro

Através de uma rede internacional de telescópios EHT (Event Horizon Telescope), astrônomos conseguiram, pela primeira vez, a imagem real de um buraco negro (1), no caso, de um supermassivo buraco negro. O feito foi publicado hoje no periódico Astrophysical Journal Letters (2) e teve um enorme impacto na comunidade científica internacional, já que esse tipo de corpo espacial era ainda descrito de forma estritamente simulada e com base em previsões teóricas. Além disso, o feito corrobora com grande similaridade a primeira simulação de um buraco negro realizada há 40 anos pelo cientista Jean-Pierre Luminet, um famoso pesquisador do CNRS (Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica), e também corrobora mais uma vez a poderosa Teoria da Relatividade Geral, concebida por Albert Einstein no início do século XX .

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(1) Leitura recomendada: O que são os Buracos Negros?

Até o momento, tínhamos imagens baseadas nas supostas propriedades físicas de um buraco negro e seu disco de gás, como sua taxa de rotação e temperatura, e apoiadas nos resultados teóricos da Relatividade Geral, esta a qual já foi testada inúmeras vezes ao longo das últimas décadas e vem se mostrando infalível (3). Os buracos negros, nesse sentido, são uma previsão fundamental da Relatividade Geral. Luminet imaginou seu buraco negro como um círculo preto - o qual não tinha ainda ficado conhecido como a sombra desse corpo - no centro de um disco de acreção luminoso, com um lado claramente mais luminoso do que o outro. Isso porque existem dois efeitos que deveriam deslocar a radiação que chega até nós a partir do disco: o efeito Einstein, no qual o campo gravitacional reduz sua frequência e diminui sua intensidade, e o efeito Doppler, no qual o deslocamento da fonte em relação ao observador produz um aumento na frequência quando a fonte se aproxima e uma diminuição na frequência quando a fonte se move para longe. Esse efeito seria causado pela rotação do disco de acreção ao redor do buraco negro.

E essa foi exatamente a imagem obtida pelo novo trabalho internacional de observação astronômica, o qual envolveu mais de 200 cientistas, 2 anos de processamento de dados e conseguiu capturar a sombra do supermassivo buraco negro M87* localizado no centro da massiva galáxia elíptica Messier 87 (M87), próxima do aglomerado galáctico Virgo. O M87* se encontra distante 53,49 milhões de anos-luz da Terra e possui uma massa 6,5 bilhões de vezes aquela do Sol e um tamanho comparável ao nosso Sistema Solar: ~40 bilhões de km de extensão. As observações para esse trabalho - via frequência de rádio na ordem de comprimento de onda de ~10^(-3) m - também incluíram o supermassivo buraco negro dentro da nossa própria galáxia (Via Láctea), conhecido como Sagitário A* (Sgr A*), e englobaram 5 noites no mês de abril em 2017. O acumulado de dados dessas observações (4 petabytes de dados!)  representou algo comparável a 8000 horas de música gravada em MP3.

(3) Leitura recomendada: O que é a Teoria da Relatividade Geral e Especial

Os buracos negros - formados a partir do colapso gravitacional de estrelas muito massivas e com massas que vão de milhões até dezenas de bilhões de massas solares - possuem um campo gravitacional tão forte que mesmo a luz não consegue escapar a partir de um limite de curvatura no espaço-tempo conhecido como horizonte de eventos. O "buraco" (horizonte de eventos e singularidade) em si não é possível de ser visto por esse motivo, mas o disco de gás em sua volta, o qual se movimenta em alta velocidade e possui alta temperatura, emite radiação de grande intensidade em diferentes comprimentos de onda. Quando cercados por uma região transparente de emissão, os buracos negros são esperados de revelarem uma sombra escura causada pela curvatura da luz e captura de fótons no horizonte de eventos, como previsto pela Relatividade Geral. E foi esse fenômeno o registrado pelos telescópios EHT.

Antes, existia pouca dúvida sobre a existência de Buracos Negros, os quais foram estudados amplamente pelo famoso e recentemente falecido Físico Stephen Hawking (1942-2018), especificamente em relação à sua sombra. Eles primeiro foram sugeridos pelo Físico Alemão Karl Schwarzschild, como uma solução das equações de Einstein e prevendo um objeto compacto com suficiente massa que produziria um campo gravitacional tão forte que impediria que tudo escapasse, até mesmo a luz. Considerada apenas uma curiosidade matemática até meados da década de 1960, a descoberta dos pulsares por Jocelyn Bell Burnell em 1967 mais do que sugeriu que esses corpos ultra-compactos de fato existiam. Desde então, a partir dos efeitos gravitacionais que esses corpos impactam em suas vizinhanças e eventuais emissões de raios-X, os astrônomos foram confirmando a real existência dos buracos negros, apesar das observações até o momento terem sido indiretas.

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Agora, ao podermos ver diretamente o formato desse disco de gás, torcido em uma crescente assimétrica pela gravidade do supermassivo buraco negro, uma nova era da astrofísica definitivamente têm o seu início. Para exemplificar, temos finalmente uma fortíssima evidência que supermassivos buracos negros de fato estão presentes no centro de quase todas as galáxias, agindo como motores centrais para a atividade do núcleo galático (1), e temos uma nova ferramenta para a observação de efeitos gravitacionais em distantes pontos do Universo. Somando-se a isso, temos também um novo teste para a Relatividade Geral, onde os Físicos irão procurar conferir se o formato do disco de acreção do M87* se encaixa perfeitamente com as previsões dessa teoria. Resultados desse teste podem ajudar a entender a ligação entre Relatividade Geral e Física Quânticas, já que ambas não se entendem (3).


(2) Publicação do estudo: IOP

Referência adicional: CNRS