Os buracos negros são frequentemente descritos como glutões cósmicos, passando muito perto – incluindo a luz. É isso que torna as imagens da galáxia M87 e do buraco negro supermassivo no centro da nossa Via Láctea tão notáveis. Capturadas há alguns anos pela colaboração do Event Horizon Telescope (EHT), estas observações marcaram um marco importante na astronomia.
“O que vemos nestas imagens não é o buraco negro em si, mas a matéria quente que o rodeia”, explicou o professor Luciano Rezolla, da Universidade Goethe de Frankfurt, cuja equipa desempenhou um papel fundamental na descoberta. “Enquanto a matéria ainda estiver girando fora do horizonte de eventos – antes de ser inevitavelmente arrastada – ela poderá emitir o sinal final de luz que poderíamos, em princípio, detectar.”
A teoria de Einstein e o mistério dos buracos negros
Estas imagens fascinantes revelam o que os cientistas chamam de “sombra” de um buraco negro, proporcionando uma nova forma de investigar a física por trás destes misteriosos gigantes cósmicos. Por mais de um século, a teoria geral da relatividade de Einstein tem sido a base da nossa compreensão do espaço e do tempo. Prevê a existência de buracos negros e do horizonte de eventos, uma fronteira além da qual nada – nem mesmo a luz – pode escapar.
“No entanto, existem outras teorias, ainda especulativas, que prevêem de forma semelhante a existência de buracos negros”, observa Rezolla. “Alguns desses métodos exigem a presença de matéria com propriedades muito específicas ou mesmo a violação das leis físicas como as conhecemos atualmente”.
Testando as ideias de Einstein com sombras de buracos negros
Em colaboração com colegas do Instituto Sung-Dao Lee, em Xangai (China), Rezolla e a sua equipa propuseram uma nova forma de testar estas teorias alternativas. Seu trabalho, publicado Astronomia da NaturezaDescreva como futuras observações de buracos negros poderiam ajudar a confirmar ou desafiar o modelo de gravidade de Einstein. Até o momento, não há dados suficientes para verificar ou rejeitar as ideias concorrentes, mas isso poderá mudar em breve com uma análise detalhada das imagens de sombras dos buracos negros.
“Isso requer duas coisas”, explica Rezolla. “Por um lado, imagens de sombras de buracos negros em alta resolução para determinar seu raio com a maior precisão possível e, por outro lado, uma descrição teórica de quão fortemente diferentes abordagens se desviam da teoria da relatividade de Einstein.”
Simulações revelam como as teorias diferem
Para resolver isto, a equipa desenvolveu uma estrutura completa que descreve como os diferentes tipos teóricos de buracos negros difeririam das previsões de Einstein e como essas diferenças apareceriam nas imagens. Eles usaram simulações computacionais tridimensionais avançadas para reproduzir o movimento da matéria e dos campos magnéticos no espaço-tempo distorcido em torno do buraco negro. A partir destas simulações, eles criaram imagens sintéticas do plasma brilhante que circunda este objeto massivo.
“A questão central era: até que ponto as imagens dos buracos negros diferem entre as diferentes teorias?” disse o autor principal Akhil Uniyal do Instituto Sung-Dao Lee. Os pesquisadores identificaram padrões claros que, juntamente com imagens mais nítidas no futuro, poderiam ajudar os cientistas a determinar qual teoria melhor corresponde à realidade. Embora a resolução atual do EHT ainda não consiga detectar essas diferenças sutis, as melhorias na tecnologia tornarão gradualmente possíveis essas comparações. Para se prepararem para isto, os físicos desenvolveram uma descrição universal dos buracos negros que pode abranger muitos quadros teóricos diferentes.
A teoria de Einstein ainda se mantém forte – por enquanto
“Uma das contribuições mais importantes da colaboração do EHT para a astrofísica é transformar buracos negros em objetos testáveis”, enfatizou Rezolla. “Nossa expectativa é que a teoria da relatividade continue a se provar, assim como tem feito repetidamente.” Até agora, os resultados são consistentes com a teoria de Einstein, embora a incerteza de medição signifique que apenas alguns valores discrepantes tenham sido excluídos. Por exemplo, os buracos negros em M87 e na Via Láctea quase certamente não são “singularidades nuas” (sem horizonte de eventos) ou buracos de minhoca. Ainda assim, observa Rezolla, “mesmo as teorias estabelecidas devem ser constantemente testadas, especialmente com objetos extremos como os buracos negros”. Se algum dia for demonstrado que o modelo de Einstein falha, isso marcará um momento revolucionário na física.
Uma nova era de observação cósmica
O EHT oferece uma oportunidade sem precedentes para esta investigação. Ao combinar dados de vários grandes radiotelescópios em todo o mundo, cria efetivamente um telescópio tão grande como a Terra, capaz de capturar pequenos detalhes em torno de buracos negros. Já estão em andamento planos para adicionar mais observatórios à rede e, eventualmente, incluir um radiotelescópio no espaço, o que aumentará bastante a sua resolução.
Tais avanços podem tornar possível a realização de testes verdadeiramente conclusivos de teorias concorrentes sobre buracos negros. De acordo com o novo estudo, isso exigiria alcançar uma resolução angular inferior a um milionésimo de segundo de arco – aproximadamente o equivalente a ver uma moeda na superfície da Lua a partir da Terra. Embora esse nível de precisão ainda não seja possível, os cientistas esperam que esteja ao nosso alcance nos próximos anos, potencialmente abrindo um novo capítulo na nossa compreensão da gravidade e do universo.
