Você provavelmente ouviu as notícias sobre a primeira foto do buraco negro publicada pelo cientista. A foto foi uma notícia incrível não só para o campo astronômico, mas também para o mundo inteiro. Esta foto foi o primeiro passo para uma nova porta de informação. O universo está se iluminando cada vez mais com novas informações e por isso somos capazes de compreender melhor todos os mistérios além de nosso planeta.
Recentemente vimos doze laureados receberem o Prêmio Nobel 2020, e como um deles contribuiu de forma notável para a humanidade com suas pesquisas e descobertas. Todos eles são pesquisadores incríveis e gostaríamos de falar sobre cada um deles aqui, mas hoje para uma melhor explicação e compreensão do contexto do primeiro quadro do buraco negro vamos falar sobre o trabalho dos Laureados Roger Penrose, Reinhard Genzel e Andrea Ghez, os vencedores do Prêmio Nobel de Física.
De acordo com o site oficial do Prêmio Nobel, os laureados foram reconhecidos "pela descoberta de que a formação de buracos negros é uma previsão robusta da teoria geral da relatividade" e "pela descoberta de um objeto compacto supermassivo no centro de nossa galáxia". Penrose através de métodos matemáticos impressionantes provou que os papéis negros estão ligados à teoria da relatividade de Einstein, enquanto o trabalho de Reinhard Genzel e Andrea Ghez descobriu provas irrefutáveis que são realmente um buraco negro no centro de nossa galáxia Via Láctea, hoje conhecida pelo nome de Sagitário A*.
Para que possamos entender plenamente o tema, precisamos conhecer alguns conceitos básicos sobre buracos negros, como "O que é um buraco negro?"; "De que são feitos? Onde podemos encontrar um"?
A primeira coisa que precisamos saber é um conceito muito utilizado em muitos tópicos no campo da astronomia, que é a noção do que é tempo espacial. O espaço-tempo é um coletor de quatro dimensões, três dimensões do espaço e uma dimensão do tempo, em um sistema de coordenadas que teríamos (x,y,z,t). Um fato interessante é que um único ponto neste sistema de coordenadas é chamado de evento. Dito isto, podemos obter a definição de um buraco negro.
Black Hole é uma região de tempo-espaço onde a gravidade é tão forte que qualquer gás, poeira, partícula ou mesmo a luz não pode se libertar dela! Todos eles são FORTE atraídos pela força da gravidade para o buraco negro e desaparecem, indo para um lugar que permanece desconhecido até hoje para o cientista. A parte interessante aqui é que se mesmo a luz não consegue se libertar desta força, é impossível ver um buraco negro ou mesmo saber onde está um buraco negro. É como tentar ver um objeto negro em um fundo negro, não se pode ver, ou se se vê, é muito difícil. Então, como o cientista o faz?
Em teoria, os buracos negros são formados geralmente quando uma estrela muito mais pesada do que o sol cai, no final de sua vida. A massa é um fator muito importante para decidir se a estrela morta vai se transformar em um buraco negro ou em uma estrela de nêutrons. Esta estrela de super massa é espremida em um espaço muito pequeno por causa da gravidade e para formar o buraco negro que a massa compacta pode deformar o tempo espacial, de acordo com a teoria da relatividade geral.
Esta deformação espaço-tempo cria uma força de aceleração gravitacional que aponta para o centro do corpo de massa densa. E devido a esta força, o gás e as partículas se fecham ou perto do buraco negro começam a ganhar uma velocidade de rotação sendo atraídos à força para dentro do buraco negro. Este fenômeno é chamado de Disco de acreção.
Esta força gravitacional e friccional faz com que todos os gases e partículas com cargas elétricas gerem não apenas o aumento de temperatura, mas também uma radiação eletromagnética com diferentes freqüências como infravermelho ou raio X. Devido a esta característica surpreendente, um buraco negro pode ser "visto". Isto é bom, mas não facilita o trabalho do cientista 100 por cento, você tem uma freqüência que pode ser rastreada, mas ainda não pode dizer "oh olhe, um buraco negro ali no céu". Não podemos tratar a luz do buraco negro igual a uma estrela comum; eles são muito diferentes um do outro. Mas a boa notícia é que o objeto preto desde o início está agora ligeiramente iluminado no fundo negro.
Na primeira foto do buraco negro, podemos ver o disco de acreção. O buraco negro neste caso é 6,5 milhões de vezes mais pesado que nosso Sol, e está localizado na galáxia Messier 87, a 53 milhões de anos-luz da Terra. A imagem foi possível com o trabalho de tempo de oito telescópios diferentes ao redor do mundo, o Telescópio Horizonte de Eventos, e algumas outras missões de telescópio espacial, juntos eles capturam ao mesmo tempo dados do M87, em abril de 2017. Cada um deles capta um dado diferente do buraco negro e, em seguida, tudo foi montado para formar a imagem. Pode parecer uma coisa fácil e de um passo, mas o cientista teve que trabalhar duro para entender completamente todos os dados e como lidar com eles, qual algoritmo usar e como usá-los.
Em um artigo publicado em 1997 por Genzel mostrou que a coleta de dados de cinco anos diferentes, de 1992 a 1996, captura estrelas em movimento rápido nas imediações de Sgr A*, e que uma massa escura muito grande e pesada reside no meio dessas estrelas. "Não há uma configuração estável de estrelas normais, restos estelares ou entidades subestelares nessa densidade" diz o artigo (GENZEL et al., 1997). Concluindo, "deve haver um buraco negro maciço no centro da Via Láctea".
Em outro artigo publicado em 1998 por Ghez, um estudo de dois anos detectou o mesmo padrão de movimento que começa no mesmo lugar, como é dito no artigo "picos de densidade superficial estelar e a dispersão de velocidade são consistentes com a posição do candidato do buraco negro (ainda candidato naquela época) Sgr A*" (GHEZ et al., 1998). As imagens utilizadas no estudo foram obtidas por comprimentos de onda quase infravermelhos, o tipo de freqüência emitida pelo disco de acreção.
Aqui está uma pequena lista com estes artigos:
GENZEL, R. et al. Sobre a natureza da massa escura no centro da Via Láctea. Avisos mensais da Royal Astronomical Societyv. 291, n. 1, p. 219-234, 11 out. 1997.
GHEZ, A. M. et al. High Proper-Motion Stars in the Vicinity of Sagittarius A\ast: Evidência para um Buraco Negro Supermassivo no Centro de Nossa Galáxia. O Jornal Astrofísico, v. 509, n. 2, p. 678-686, dez. 1998.
GHEZ, A. M. et al. Medindo Distância e Propriedades do Buraco Negro Supermassivo Central da Via Láctea com Órbitas Estelares. O Jornal Astrofísicov. 689, n. 2, p. 1044-1062, dez. 2008.
O universo não é tão belo?
Tudo isso já é incrível, mas ainda está muito mais por vir, como disse David Haviland, presidente do Comitê Nobel de Física "...esses objetos exóticos ainda colocam muitas perguntas que suplicam por respostas e motivam pesquisas futuras. Não apenas perguntas sobre sua estrutura interna, mas também perguntas sobre como testar nossa teoria da gravidade sob as condições extremas nas imediações de um buraco negro". E nós estaremos aqui, ansiosos para a próxima pausa! Enquanto isso, agradecemos aos Laureados deste ano Roger Penrose, Reinhard Genzel e Andrea Ghezvocê é fantástico!
Se você também quiser ler sobre o trabalho de Roger Penrose, aqui estão alguns artigos descrevendo seu trabalho. Um deles foi publicado junto com a lendária Stephen Hawking. Você pode conferir estes artigos aqui também:
HAWKING, S.; PENROSE, R. A Natureza do Espaço e do Tempo. Revista Americana de Física, v. 65, n. 7, p. 676-676, 1 jul. 1997.
EHLERS, J.; RINDLER, W.; PENROSE, R. Conservação de Energia como Base da Mecânica Relativista. II. American Journal of Physics, v. 33, n. 12, p. 995-997, 1 dez. 1965.
NEWMAN, E.; PENROSE, R. An Approach to Gravitational Radiation by a Method of Spin Coefficients. Journal of Mathematical Physics, v. 3, n. 3, p. 566-578, 1 maio 1962.
PENROSE, R.; RINDLER, W. Conservação de Energia como Base da Mecânica Relativista. American Journal of Physics, v. 33, n. 1, p. 55-59, 1 jan. 1965.
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