A primeira imagem de um buraco negro

Buraco negro — Foto: Reprodução

Lembra quando eu falei sobre o Telescópio do Horizonte de Eventos(HET, na sigla em inglês)? Isso foi lá pelos idos de 2017, quando as observações do buraco negro de nossa galáxia estava ainda sendo finalizadas. Durante 5 dias, rádio astrônomos de vários países de todos os continentes apontaram suas antenas simultaneamente para dois alvos: o buraco negro do centro da Via Láctea, conhecido como Sagitário A*, e a galáxia M87, que está a 50 milhões de anos luz no aglomerado de galáxias de Virgem.

M87 hospeda o buraco negro mais massivo conhecido, com massa em torno de 6,5 bilhões de vezes a massa do Sol. Em comparação, o buraco negro em Sgr A* tem apenas 4 milhões de massas solares. Ambos estão na categoria de buracos negros supermassivos, mas dá para perceber uma diferença na casa de mil vezes entre os dois.

A ideia do HET foi usar uma combinação de antenas de rádio telescópios espalhados pelo mundo observando todos ao mesmo tempo. Tinha telescópio no Chile, no Havaí, na Europa e até mesmo no polo sul! No total, oito observatórios participaram desta etapa que aconteceu em abril de 2017. Nesse mês, houve uma janela de observação de 10 dias, ou seja, durante esse período, os alvos estavam visíveis ao mesmo tempo em todos os lugares. Tudo bem que em um observatório os alvos poderiam estar em condições piores do que em outros, mas isso nem foi o maior problema.

Dos 10 dias de janela, 5 foram perdidos por conta do mau tempo. Mas o que deu para observar foi muito bem observado. Depois disso veio a hora de juntar tudo para formar uma imagem. Mas por que todo esse trabalho?

Porque as observações foram feitas com uma técnica chamada interferometria de base muito longa. Essa técnica faz com que observações coordenadas, como as do HET, feitas em diversos pontos do planeta produzam a imagem final como se ela tivesse sido obtida por um rádio telescópio bem maior. Quanto maior a distância entre os observatórios, a chamada base, melhor.

As imagens produzidas nessa colaboração do HET, que envolveu centenas de pesquisadores, são equivalentes a imagens produzidas por uma antena com o praticamente o tamanho do próprio planeta! O que resulta em detalhes nunca antes vistos na história da ciência, ou antes dela até.

Mas o que se pode ver de um buraco negro, se ele não emite luz, ao contrário, ele pode “engolir” a luz.

Quando um buraco negro se alimenta, ou seja, quando ele atrai matéria, ela vira gás ao se aproximar muito dele. Pode ser uma estrela, cometa, asteroide ou planeta. O gás não cai direto no buraco negro, mas executa um movimento espiral se acumulando em um disco de acreção. Numa determinada distância, o gás finalmente é tragado pelo buraco negro sumindo enfim do nosso universo. Essa fronteira é conhecida como horizonte de eventos. Cruzada essa fronteira, nada mais pode escapar de um buraco negro e é justamente a sombra dessa fronteira sobre o disco de acreção brilhante é que os astrônomos queriam observar.

O horizonte de eventos do buraco negro no centro de M87 tem tamanho parecido com o tamanho do nosso Sistema Solar, mas está a mais de 50 milhões de anos luz de distância. Já o buraco negro da nossa galáxia está bem mais perto, mas em compensação é muito menor. Uma coisa pela outra, os resultados esperados das imagens são praticamente os mesmos.

Mas então, por que ninguém mostrou ainda as imagens de Sgr A*?

Porque ao que parece, o tratamento dessas imagens é mais complicado do que as de M87. Uma coisa que eu estava discutindo um pouco antes do anúncio dos resultados, é que o centro da Via Láctea tem muita poeira. Nos comprimentos de onda no óptico isso é terrível, pois a poeira absorve praticamente tudo. Mas com o infravermelho e, principalmente o rádio, isso não é problema. Ambas as radiações conseguem atravessar as nuvens de poeira interestelar.

O problema é que a poeira quando aquecida também pode emitir radiação. O que eu comentava é que esse fato poderia produzir uma verdadeira “cortina de luz” na linha de visada até o buraco negro, prejudicando as observações. Pode ser que seja esse o problema, mas as observações feitas com o ALMA, uma rede de mais de 60 antenas no Chile, devem ajudar a contornar esses efeitos e em breve, esperamos, teremos imagens muito mais detalhadas do disco de acreção de um buraco negro.

Esses resultados, além de consolidar uma cooperação científica envolvendo centenas de pesquisadores, dezenas de países e quase uma dezena de observatórios, confirmam uma vez mais as previsões feitas por Albert Einstein em sua Teoria da Relatividade Geral. Einstein em si não tirou os buracos negros como consequência de sua teoria da relatividade, quem fez isso foi Karl Schwarzschild, um físico e astrofísico alemão. Poucos meses após Einstein publicar sua relatividade em 1915, Schwarzschild resolveu as equações da teoria, encontrando sua primeira solução exata, que previa a possibilidade de se encontrar uma grande quantidade de matéria confinada em um volume muito pequeno do espaço, pequeno mesmo. Ele fez isso em um hospital de campanha, enquanto lutava pela Alemanha no front russo da Primeira Guerra Mundial, internado em decorrência de uma rara doença autoimune. Logo depois de encontrar a primeira solução exata das equações de Einstein, poucos meses na verdade, Schwarzschild veio a falecer em consequência dessa doença.

Einstein recebeu os resultados do tenente em artilharia alemão e ficou interessado, apresentando-os na Academia Prussiana de Ciências em 1916. Todavia ele não botava tanta fé que aquilo representava um corpo físico real e sim, era meramente uma solução matemática. Aliás, a resistência pela existência de buracos negros foi muito forte até meados da década de 1960, até que em 1971, a descoberta de Cygnus X-1 veio consolidar os buracos negras como uma realidade.

A confirmação (mais uma) da Teoria da Relatividade veio através das imagens obtidas pelo HET. Com as equações de Einstein é possível simular todas as situações possíveis para a imagem produzida pela sombra do horizonte de eventos sobre o disco de acreção. E foi isso o que a equipe do consórcio fez. Assim que o processamento das imagens foi finalizado, lá estava a imagem, tal qual o modelo previra.

Mais um ponto para a relatividade, mais um ponto para Einstein e Schwarzschild e mais um caminhão de pontos para a ciência!

G1

Por Cássio Barbosa

Doutor e pós-doutor em astronomia, leciona no Centro Universitário da FEI. Mostra as últimas novidades dos céus de maneira descomplicada e descontraída.