Você provavelmente ouviu a notícia sobre a primeira foto de um buraco negro publicada pelo cientista. A imagem era incrível notícias não apenas para o campo da astronomia, mas também para o mundo inteiro. Essa imagem foi o primeiro passo em direção a uma nova porta de informações. O universo está ficando cada vez mais iluminado com novas informações e, por causa disso, somos capazes de entender melhor todos os mistérios além do nosso planeta.
Recentemente, vimos doze laureados serem premiados com o prêmio 2020 Nobel Prêmio, e como um deles contribuiu de forma notável para a humanidade com seu pesquisa e descobertas. Todos eles são pesquisadores incríveis e adoraríamos falar sobre cada um deles aqui, mas hoje, para uma melhor explicação e compreensão do contexto da primeira imagem de buraco negro, falaremos sobre o trabalho dos laureados Roger Penrose, Reinhard Genzel e Andrea Ghez, ganhadores 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, por meio de métodos matemáticos impressionantes, provou que os buracos negros estão conectados à teoria da relatividade de Einstein, enquanto os trabalhos de Reinhard Genzel e Andrea Ghez descobriram provas irrefutáveis de que há, de fato, um buraco negro no centro da nossa galáxia Via Láctea, hoje conhecido pelo nome de Sagitário A*.
Para entendermos completamente 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, mas TÃO FORTE, que qualquer gás, poeira, partícula ou até mesmo a luz não consegue se libertar dele! Todos eles são FORTEMENTE atraídos pela força da gravidade para o buraco negro e desaparecem, indo para um lugar que permanece desconhecido até hoje para os cientistas. A parte interessante aqui é que, se nem mesmo a luz consegue se libertar dessa força, é impossível ver um buraco negro ou mesmo saber onde ele está. É como tentar ver um objeto preto em um fundo preto: você não consegue ver ou, se conseguir, é muito difícil. Então, como os cientistas fazem isso?
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.
Essa força gravitacional e de atrito faz com que todos os gases e partículas com cargas elétricas gerem não apenas o aumento da temperatura, mas também uma radiação eletromagnética com diferentes frequências, como infravermelho ou raios X. Devido a essa incrível característica, um buraco negro pode ser "visto". Isso é bom, mas não facilita o trabalho do cientista em 100%. Você tem uma frequência que pode rastrear, mas ainda não pode dizer "oh, olhe, um buraco negro ali no céu". Não podemos tratar a luz do buraco negro como a de uma estrela comum; elas são muito diferentes uma da outra. Mas a boa notícia é que o objeto preto do início agora está ligeiramente iluminado no fundo preto.
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, Genzel mostrou que a coleta de dados de cinco anos diferentes, de 1992 a 1996, captura a movimentação rápida estrelas na vizinhança imediata de Sgr A*, e que uma massa escura muito grande e pesada reside no meio dessas estrelas. "Não há configuração estável de estrelas normais, remanescentes estelares ou entidades subestelares nessa densidade", diz o artigo (GENZEL et al., 1997). Concluindo, "deve haver um buraco negro maciço no núcleo da Via Láctea".
Em outro artigo publicado em 1998 por Ghez, um estudo de dois anos detectou o mesmo padrão de início de movimento no mesmo local, como é dito no artigo "os picos da densidade da superfície estelar e da dispersão de velocidade são consistentes com a posição do candidato a buraco negro (ainda candidato naquela época) Sgr A*" (GHEZ et al., 1998). As imagens usadas no estudo foram obtidas em comprimentos de onda do infravermelho próximo, o tipo de frequência emitida pelo disco de acreção.
Aqui está uma pequena lista com estes artigos:
GENZEL, R. et al. On the natureza da massa escura no centro da Via Láctea. Avisos mensais da Royal Astronomical Society, v. 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. Measuring Distance and Properties of the Central Supermassive Black Hole of the Milky Way's with Stellar Orbits (Medindo a distância e as propriedades do buraco negro supermassivo central da Via Láctea com órbitas estelares). O Jornal Astrofísico, v. 689, n. 2, p. 1044-1062, dez. 2008.
O universo não é tão bonito?
Tudo isso já é incrível, mas ainda há muito mais por vir, como disse David Haviland, presidente do Comitê do Nobel de Física: "... esses objetos exóticos ainda apresentam muitas perguntas que pedem respostas e motivam pesquisas futuras. Não apenas perguntas sobre seu interior estruturaMas também perguntas sobre como testar nossa teoria da gravidade sob condições extremas na vizinhança imediata de um buraco negro". E nós estaremos aqui, mas ansiosos pelo próximo intervalo! 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. Energy Conservation as the Basis of Relativistic Mechanics. 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 (Uma abordagem da radiação gravitacional por um método de coeficientes de rotação). Journal of Mathematical Physics, v. 3, n. 3, p. 566-578, 1 maio 1962.
PENROSE, R.; RINDLER, W. Energy Conservation as the Basis of Relativistic Mechanics (Conservação de energia como base da mecânica relativística). American Journal of Physics, v. 33, n. 1, p. 55-59, 1 jan. 1965.
Se você tiver um projeto ou uma apresentação sobre qualquer campo da astronomia, poderá usar Mind the Graph para tornar seu conteúdo mais eficiente, didático e divertido! Sabemos que é difícil conseguir boas imagens sobre o tema, então estamos aqui para ajudá-lo com isso. Você pode conferir nosso conteúdo sobre astronomia aqui mesmo.
Você pode encontrar no Mind o Gráfico tudo o que você precisa e, se não precisar, podemos ajudá-lo!
Vamos melhorar comunicação em ciência juntos! Você está pronto para experimentar?
Assine nossa newsletter
Conteúdo exclusivo de alta qualidade sobre visual eficaz
comunicação na ciência.