Saiba mais sobre a histórica foto de um buraco negro

por Prof. André Astro 30 ago

O ano de 2019 ficará marcado pra sempre na história. Foi nesse ano que foi publicada a histórica foto de um dos objetos astronômicos mais intrigantes do universo, o buraco negro. A foto não apenas consolida a colaboração internacional como um ponto extremamente poderoso para o avanço da ciência e evolução do ser humano como comunidade, mas ainda comprova, empiricamente, mais uma vez, as teorias e previsões de Einstein, feitas cem anos atrás.

O que é um buraco negro?

Buracos negros são pontos no espaço que, por serem extremamente densos, criam em torno de si uma região com gravidade tão absurda que nem a luz consegue escapar. Existem basicamente dois tipos: o buraco negro estelar e os supermassivos.

Uma estrela como o nosso sol, quando em “vida”, funciona através de um equilíbrio de forças. A fusão nuclear no interior do astro evita o colapso gravitacional do próprio astro, devido a sua grande massa. À medida que a nossa estrela for se aproximando da hora de sua “morte”, ela inflará, perderá massa e depois esfriará, formando o que chamamos de Anã Branca. Mas as estrelas com massa de pelo menos dez vezes a massa do nosso sol estão destinadas a ter outro fim.

No estágio final da vida, essas estrelas explodem em fenômeno conhecido como supernova, lançando no espaço parte de sua massa, mas deixando pra trás o seu denso núcleo estelar. O núcleo por sua vez, não tendo mais a fusão nuclear para equilibrar, acaba por colapsar em si mesmo. Quando essa massa colapsa em um ponto infinitamente pequeno, um buraco negro nasce. A gravidade é tão intensa gerada por essa singularidade, que até uma distância conhecida como raio de Schwarzschild (vide figura abaixo), nada consegue escapar. Essa região, conhecida como buraco negro, por não deixar a luz escapar, é também chamada de horizonte de eventos.

Já os buracos negros supermassivos, que podem ter massa bilhões de vezes a do nosso sol, habitam os centros da maioria das galáxias. Dois desses monstros cósmicos se tornaram objetos de estudo do projeto EHT (Event Horizon Telescope).

O Projeto EHT

“Nós expusemos partes do universo que pensávamos serem invisíveis para nós. Esperamos que você seja inspirado por isso”. Sheperd Doeleman, diretor do projeto EHT.

O projeto EHT (Telescópio Horizonte de Eventos) é uma iniciativa de colaboração internacional, no qual um dos objetivos é aprofundar os estudos sobre buraco negros através da observação. Não é uma tarefa simples. Os telescópios que temos não são grandes e precisos o suficiente para conseguir tal feito. Entretanto, a ideia do EHT foi criar um telescópio tão grande quanto possível, no caso, do tamanho da própria Terra. Para isso, eles interligaram oito radiotelescópios ao redor do mundo em quatro continentes diferentes. Instalaram em todos relógios atômicos de alta precisão (ao menos um bilhão de vezes mais preciso que um smartphone) para sincronizar todas as antenas receptoras à rede global do EHT. Para ter uma noção, a resolução desse compilado de radiotelescópios é capaz de fotografar um melão na superfície da lua. Foram mais de duzentos pesquisadores envolvidos no projeto, sessenta instituições e um total de vinte países.

Radiotelescópios do observatório ALMA no Atacama, Chile. Y. Beletsky (LCO)/ESO

Dois buracos negros supermassivos estavam sendo monitorados. Sagittarius A*(Sgr A), o buraco negro que habita o centro da nossa galáxia a vinte e seis mil anos luz da Terra, e estima-se que possui massa de aproximadamente 2,6 bilhões de massas solares. O segundo buraco negro supermassivo está localizado no centro da galáxia de Vigo (Messier 87), como massa de aproximadamente 6,5 bilhão de vezes a massa do nosso sol e a cinquenta e cinco milhões de ano-luz de distância. Embora Sagittarius A*, esteja na mesma galáxia que nós, portanto bem mais perto, não temos uma visão ideal. Muitos objetos cósmicos e poeira estelar se interpõem entre a Terra e ele. Por isso a foto tirada foi do monstro cósmico da galáxia Messier 87.

Ponto para o Brasil

A histórica foto do Buraco Negro, entre outras coisas, nos faz relembrar e exaltar um capítulo da história desconhecido por muitos. O ano de 2019 marca os cem anos da comprovação empírica das teorias da relatividade de Einstein. Em 29 de maio de 1919, Sobral, uma pequena cidade distante duzentos e quarenta quilômetros da capital Fortaleza no Ceará, reunia as condições perfeitas para a observação de um eclipse solar total.

Em um esforço conjunto entre cientistas brasileiros e ingleses, o eclipse solar de Sobral provou a curvatura do tecido espaço-tempo por corpos de grande massa. Com o brilho do sol sendo bloqueado temporariamente pela lua, era possível fotografar as estrelas que se encontravam na mesma direção que o sol. Isso significava que os raios dessas estrelas passavam necessariamente pelo suposto espaço-tempo distorcido pelo sol e sofriam desvio. Esse desvio pôde ser verificado no eclipse em Sobral. Isso não só revolucionou a nossa visão cientifica quanto aos conceitos de espaço e tempo, mas colocou no imaginário do ser humano a possibilidade real da existência de objetos cósmicos extraordinários, como o buraco negro.

Interpretando a foto do buraco negro

Foto do buraco negro do centro da galáxia Messier 87

A primeira vista pode-se pensar que a foto acima não é lá essas coisas, parece algo desfocado. Como podem os cientistas estudar algo através disso? Se algo parecido passou pela sua cabeça, deixe-me guiar os seus olhos e mostrar o que está por trás dessa foto.

Para tirarmos foto de alguma coisa é necessário captar a luz que foi emitida ou refletida pelo objeto que queremos fotografar. No caso do buraco negro, a radiação emitida com maior capacidade de chegar até nós, é a onda de rádio, pelo alto poder de difração, ou seja, poder de contornar objetos. Os fótons de luz que você observa na foto tiveram que partir de perto do horizonte de eventos de um supermassivo buraco negro, atravessar o disco de acreção sem ser absorvido, percorrer uma distância de sessenta mil anos-luz até sair da galáxia e mais 55 milhões de anos pelo espaço intergaláctico até chegar a Terra.

Chegando à Terra, esses fótons atravessaram o maior perigo de todos, a atmosfera da Terra, cheia de vapor de água. Por esse motivo, os radiotelescópios utilizados no projeto EHT estão em alta altitude e em lugares de clima seco.

Após os fótons serem coletados pelos radiotelescópios, 5 Petabytes de informação foram armazenados. A critério de comparação, é como se reunissem todas as fotos tiradas por 40.000 pessoas durantes toda a vida delas. Essa informação foi enviada de avião para um centro de processamento, armazenada em mais de meia tonelada de discos rígidos, pois enviar toda essa informação pela internet seria inviável. Um algoritmo específico foi produzido, liderado pela equipe da PHD Katherine Bouman, para unir todas as informações de todos os radiotelescópios. Levou quase dois anos para a foto renderizar, formando a imagem que você viu acima.

A parte clara representa o disco de acreção, uma região composta de gás e poeira cósmica orbitando o buraco negro a uma distância maior que o horizonte de eventos. Essa matéria está à temperatura de milhões de graus célsius e uma velocidade significativamente superior à velocidade da luz. Na região mais interna da foto, ainda na parte iluminada, está a chamada esfera de fótons, delimitando a órbita máxima dos fótons para não serem engolidos pelo horizonte de eventos. Essa órbita é algo em torno de 1,5 vezes o raio de Schwarzschild.

A parte escura nos dá uma noção do tamanho do horizonte de eventos, além da curvatura do espaço tempo ao redor desse horizonte. Além disso, a matéria ao redor do buraco negro está se movimentando a velocidades relativísticas. Isso significa que a parte da matéria que está se aproximando em relação a Terra, será vista com mais brilho do que a parte que estará se afastando da Terra.

A histórica publicação da foto do buraco negro amplia as fronteiras do conhecimento humano e abre possibilidades de estudos que até então eram impossíveis. Acima de tudo, traz um ensinamento que devemos sempre relembrar: sem colaboração, não existe ciência.

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