Pelo seu próprio nome, os buracos negros exsudam mistério. Eles são inobserváveis, incontroláveis e - por mais de 50 anos após sua primeira previsão em 1916 - não descobertos. Os astrônomos, desde então, encontraram evidências de buracos negros em nosso universo, incluindo um supermassivo no centro de nossa própria Via Láctea. Ainda permanece muito desconhecido sobre esses enigmas cósmicos, incluindo o que exatamente acontece com o material que eles sugam com sua gravidade titânica.
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Cinqüenta anos atrás, o físico John Wheeler ajudou a popularizar o termo "buraco negro" como uma descrição dos remanescentes colapsados de estrelas supermassivas. De acordo com Wheeler, que cunhou e popularizou vários outros famosos termos astronômicos como "wormholes", a sugestão veio de um membro da audiência em uma conferência de astronomia onde ele estava falando, depois de ter repetidamente usado a frase "objetos colapsados gravitacionalmente para descrever o cósmico". gigantes.
“Bem, depois de usar essa frase quatro ou cinco vezes, alguém na plateia disse: 'Por que você não a chama de buraco negro?' Então eu adotei isso ”, disse Wheeler à escritora de ciências Marcia Bartusiak.
Wheeler estava dando um nome a uma ideia explorada pela primeira vez por Albert Einstein, 50 anos antes, em sua influente teoria da relatividade geral. A teoria de Einstein mostrou que a gravidade é um resultado da distorção do espaço e do tempo pela massa de objetos. Embora o próprio Einstein tenha resistido em reconhecer a possibilidade de buracos negros, outros físicos usaram suas bases para dar corpo aos monstros galácticos. O físico J. Robert Oppenheimer, famoso pela bomba atômica, apelidou esses corpos de "estrelas congeladas" em referência a uma característica-chave delineada pelo físico Karl Schwarzschild pouco depois de Einstein ter publicado sua teoria.
Esse recurso era o "horizonte de eventos": a linha em torno de um buraco negro em que se torna impossível escapar. Tal horizonte existe porque, a uma certa distância, a velocidade necessária para que qualquer átomo se separe da gravidade do buraco negro se torna maior que a velocidade da luz - o limite de velocidade do universo. Depois de atravessar o horizonte de eventos, pensa-se, toda a matéria que o envolve é desintegrada violentamente por intensas forças gravitacionais e, eventualmente, esmagada no ponto de densidade infinita no centro do buraco negro, que é chamado de singularidade. Não é exatamente um caminho agradável para ir.
Esta explicação detalhada da morte via buraco negro, no entanto, é teórica. A intensa gravidade dos buracos negros distorce tanto a passagem do tempo que, para os observadores do lado de fora do buraco negro, os objetos que caem em um parecem desacelerar e "congelar" perto do horizonte de eventos, antes de simplesmente desaparecerem. (Que soa muito melhor.)
Em outras palavras, apesar da importância desse horizonte de eventos, os cientistas nunca provaram diretamente sua existência. E por causa da dificuldade de encontrar buracos negros (porque a luz não pode escapar deles, eles são invisíveis para a maioria dos telescópios), muito menos observá-los, não houve muitas chances de tentar. Na ausência de provas convincentes, alguns astrofísicos teorizaram que alguns dos objetos que chamamos de buracos negros podem ser dramaticamente diferentes do que passamos a acreditar, sem singularidade e sem horizonte de eventos. Em vez disso, eles poderiam ser objetos frios, escuros e densos com superfícies duras.
Esse ceticismo do buraco negro começou a atrair seu próprio ceticismo, no entanto, quando os telescópios finalmente capturaram buracos negros no ato de algo extraordinário. Nos últimos sete anos, "as pessoas começaram a ver estrelas caindo em buracos negros", diz Pawan Kumar, um astrofísico da Universidade do Texas em Austin, onde, por acaso, Wheeler ensinou física teórica por uma década. "Essas são coisas muito brilhantes que podem ser vistas a bilhões de anos-luz de distância."
Mais dessas estrelas brilhantes e relativamente rápidas já foram observadas. No ano passado, Kumar decidiu que essas emissões de luz seriam um bom teste para provar a existência do horizonte de eventos. "A maioria das pessoas na comunidade assumiu que não há superfície dura", diz Kumar. No entanto, ele enfatiza: "na ciência, é preciso ter cuidado. Você precisa de provas".
Então, em 2016, Kumar e seu colaborador Ramesh Narayan, do Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, trabalharam para calcular que tipo de efeitos você esperaria ver se uma estrela sendo engolida por um buraco negro estivesse realmente colidindo com uma superfície dura. Seria semelhante a esmagar um objeto contra uma rocha, diz Kumar, criando intensa energia cinética que seria emitida como calor e luz por meses - ou mesmo anos.
No entanto, uma análise dos dados do telescópio em três anos e meio não encontrou exemplos das assinaturas de luz que ele e Narayan calculavam seriam liberados se estrelas atingissem um buraco negro de superfície dura. Com base na probabilidade, os pesquisadores previram que deveriam ter encontrado pelo menos 10 exemplos nesse período de tempo.
Kumar chama esta pesquisa, publicada este ano na revista Monthly Notices da Royal Astronomical Society, um "passo de bom tamanho" para provar a existência do horizonte de eventos. Mas ainda não é uma prova. Um buraco negro de superfície dura poderia teoricamente ainda existir dentro dos cálculos de seu estudo. Mas o raio daquela superfície teria que estar dentro de cerca de um milímetro do raio de Schwarzschild do buraco negro, ou o ponto em que a velocidade necessária para escapar da gravidade dela seria igual à velocidade da luz. (Note que o raio de Schwarzschild nem sempre é o mesmo que um horizonte de eventos, já que outros objetos estelares também têm gravidade).
"Os limites que este artigo coloca no raio de uma possível superfície sólida - 4 milésimos de um por cento fora do raio de Schwarzschild para um objeto compacto supermassivo - são impressionantes", diz Bernard Kelly, astrofísico da NASA que não esteve envolvido nesta pesquisa.
Kumar já tem pesquisas em andamento para estreitar ainda mais esse limite, até o ponto em que seria quase certo que nenhum buraco negro de superfície rígida poderia existir. Isso, para ele, seria uma prova confiável de que os buracos negros tradicionais são o único tipo de buraco negro que ocupa nosso universo. "Se estiver concluído, será praticamente do meu ponto de vista fechar o campo", diz Kumar. "Nós teremos provas firmes de que a teoria de Einstein está certa."
