Uma rede internacional de radiotelescópios produziu a primeira imagem em close da sombra de um buraco negro, que os cientistas revelaram nesta manhã (10 de abril). A colaboração, chamada de Event Horizon Telescope, confirmou décadas de previsões de como a luz se comportaria em torno desses objetos escuros e preparou o cenário para uma nova era da astronomia dos buracos negros.
"De uma escala de zero a incrível, foi incrível", disse Erin Bonning, astrofísica e pesquisadora de buracos negros da Universidade Emory, que não estava envolvida no esforço de geração de imagens.
"Dito isso, era o que eu esperava", disse ela à Live Science.
O anúncio, provocado por cerca de uma semana e meia de antecedência, conseguiu ser incrivelmente emocionante e quase completamente desprovido de detalhes surpreendentes ou nova física. A física não quebrou. Nenhuma característica inesperada dos buracos negros foi revelada. A imagem em si era quase uma combinação perfeita para ilustrações de buracos negros que estamos acostumados a ver na ciência e na cultura pop. A grande diferença é que é muito mais desfocado.
Entretanto, havia várias questões importantes relacionadas aos buracos negros que ainda não foram resolvidas, disse Bonning.
Como os buracos negros produzem seus enormes jatos de matéria quente e rápida?
Todos os buracos negros supermassivos têm a capacidade de mastigar matéria próxima, absorver a maior parte dela além dos seus horizontes de eventos e cuspir o restante no espaço a uma velocidade próxima à da luz nas torres em chamas que os astrofísicos chamam de "jatos relativísticos".
E o buraco negro no centro de Virgem A (também chamado Messier 87) é famoso por seus jatos impressionantes, expelindo matéria e radiação por todo o espaço. Seus jatos relativísticos são tão grandes que podem escapar completamente da galáxia circundante.
E os físicos conhecem os traços gerais de como isso acontece: o material acelera a velocidades extremas à medida que cai na gravidade do buraco negro e, em seguida, parte dele escapa, mantendo essa inércia. Mas os cientistas discordam sobre os detalhes de como isso acontece. Esta imagem e os documentos associados ainda não oferecem detalhes.
Descobrir isso, disse Bonning, será uma questão de vincular as observações do Event Horizons Telescope - que cobrem uma quantidade bastante pequena de espaço - às imagens muito maiores de jatos relativísticos.
Embora os físicos ainda não tenham respostas, ela disse, há uma boa chance de que elas cheguem em breve - especialmente quando a colaboração produzir imagens de seu segundo alvo: o buraco negro supermassivo Sagitário A * no centro de nossa própria galáxia, que não produz jatos como os de Virgem A. Comparar as duas imagens, disse ela, pode oferecer alguma clareza.
Como a relatividade geral e a mecânica quântica se encaixam?
Sempre que os físicos se reúnem para conversar sobre uma nova descoberta realmente emocionante, você pode esperar ouvir alguém sugerir que isso pode ajudar a explicar a "gravidade quântica".
Isso ocorre porque a gravidade quântica é o grande desconhecido da física. Por cerca de um século, os físicos trabalharam usando dois conjuntos diferentes de regras: a relatividade geral, que cobre coisas muito grandes, como a gravidade, e a mecânica quântica, que abrange coisas muito pequenas. O problema é que esses dois livros de regras se contradizem diretamente. A mecânica quântica não pode explicar a gravidade, e a relatividade não pode explicar o comportamento quântico.
Algum dia, os físicos esperam vincular os dois em uma grande teoria unificada, provavelmente envolvendo algum tipo de gravidade quântica.
E antes do anúncio de hoje, havia especulações de que poderia incluir alguma inovação sobre o assunto. (Se as previsões da relatividade geral não tivessem sido confirmadas na imagem, isso teria levado a bola adiante.) Durante uma coletiva de imprensa da National Science Foundation, Avery Broderick, física da Universidade de Waterloo, no Canadá, e colaboradora no projeto, sugeriu que esse tipo de resposta poderia estar chegando.
Mas Bonning era cético em relação a essa afirmação. Essa imagem não era de surpreender do ponto de vista geral da relatividade, por isso não ofereceu nenhuma nova física que pudesse fechar a lacuna entre os dois campos, disse Bonning.
Ainda assim, não é loucura que as pessoas esperem respostas desse tipo de observação, disse ela, porque a borda da sombra de um buraco negro traz forças relativísticas para pequenos espaços quânticos.
"Esperamos ver a gravidade quântica muito, muito perto do horizonte de eventos ou muito, muito cedo no início do universo", disse ela.
Mas, na resolução ainda embaçada do Event Horizons Telescope, ela disse, não é provável que encontremos esse tipo de efeito, mesmo com as atualizações planejadas chegando.
As teorias de Stephen Hawking eram tão corretas quanto as de Einstein?
A maior contribuição do físico Stephen Hawking no início da carreira para a física foi a idéia da "radiação Hawking" - que os buracos negros não são realmente negros, mas emitem pequenas quantidades de radiação ao longo do tempo. O resultado foi extremamente importante, porque mostrou que quando um buraco negro parar de crescer, começará a diminuir muito lentamente devido à perda de energia.
Mas o Event Horizons Telescope não confirmou ou negou essa teoria, disse Bonning, não que alguém esperasse.
Buracos negros gigantes como o de Virgem A, ela disse, emitem apenas quantidades mínimas de radiação Hawking em comparação com o tamanho total. Enquanto nossos instrumentos mais avançados agora podem detectar as luzes brilhantes de seus horizontes de eventos, há poucas chances de eles provocarem o brilho ultra-escuro da superfície de um buraco negro supermassivo.
Esses resultados, ela disse, provavelmente virão dos menores buracos negros - objetos teóricos de vida curta, tão pequenos que você pode colocar todo o horizonte de eventos em suas mãos. Com a oportunidade de observações de perto e muito mais radiação disponível em comparação com seu tamanho geral, os seres humanos podem eventualmente descobrir como produzir ou encontrar uma e detectar sua radiação.
Então, o que realmente aprendemos dessa imagem?
Primeiro, os físicos descobriram que Einstein estava certo, mais uma vez. A borda da sombra, até onde o Telescópio Event Horizons pode ver, é um círculo perfeito, exatamente como os físicos do século XX trabalhando com as equações de relatividade geral de Einstein previram.
"Acho que ninguém deveria se surpreender quando mais um teste de relatividade geral passar", disse Bonning. "Se eles subissem ao palco e dissessem que a relatividade geral havia quebrado, eu teria caído da minha cadeira".
O resultado, com implicações práticas mais imediatas, disse ela, foi que a imagem permitiu que os cientistas medissem com precisão a massa desse buraco negro supermassivo, que fica a 55 milhões de anos-luz de distância no coração da galáxia Virgo A. É 6,5 bilhões de vezes mais massivo que o nosso sol.
Isso é muito importante, disse Bonning, porque pode mudar a maneira como os físicos pesam os buracos negros supermassivos no coração de outras galáxias mais distantes ou menores.
No momento, os físicos têm uma medida bastante precisa da massa do buraco negro supermassivo no coração da Via Láctea, disse Bonning, porque eles podem observar como sua gravidade move estrelas individuais em sua vizinhança.
Mas em outras galáxias, nossos telescópios não conseguem ver os movimentos de estrelas individuais, disse ela. Portanto, os físicos estão presos a medições mais severas: como a massa do buraco negro influencia a luz proveniente de diferentes camadas de estrelas da galáxia, ou como sua massa influencia a luz proveniente de diferentes camadas de gás flutuando livremente na galáxia.
Mas esses cálculos são imperfeitos, disse ela.
"Você precisa modelar um sistema muito complexo", disse ela.
E os dois métodos acabam produzindo resultados um pouco diferentes em todos os físicos da galáxia observados. Mas pelo menos para o buraco negro em Virgem A, agora sabemos que um método está correto.
"Nossa determinação de 6,5 bilhões de massas solares acaba aterrissando bem acima da determinação de massa mais pesada de", disse Sera Markoff, astrofísica da Universidade de Amsterdã e colaboradora do projeto.
Isso não significa que os físicos se concentrem apenas nessa abordagem para medir massas de buracos negros, disse Bonning. Mas oferece um ponto de dados importante para refinar cálculos futuros.
