A ciência e os buracos negros

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Prof. Pablo Michel Magalhães
Licenciado em História - UPE
Especialista em Docência da Filosofia - UCAM
Mestre em História - UEFS

De forma simplificada, buraco negro é uma região do espaço que possui uma quantidade tão grande de massa concentrada que nada consegue escapar da atração de sua força de gravidade, nem mesmo a luz, e é por isso que são chamados de “buracos negros”.

A expressão buraco negro foi adotada em 1969 pelo cientista americano John Wheeler, como descrição gráfica de uma ideia que, retrocedendo pelo menos 200 anos, chega a um tempo em que haviam duas teorias sobre a luz: segundo Isaac Newton, a luz era composta por partículas; a outra dizendo que a luz se formava por ondas. As duas teorias estão corretas, sendo que, a luz pode ser considerada tanto onda como partícula. Segundo a teoria de que a luz é formada por ondas, não fica estabelecido o fato de ela responder à gravidade. Mas se a luz é composta por partículas, pode-se esperar que ela seja afetada pela gravidade. Inicialmente, acreditava-se que as partículas da luz se deslocavam em velocidade infinita, de tal modo que a gravidade jamais seria capaz de atraí-las. Porém, a descoberta de Ole Roemer, um astrônomo dinamarquês, de que a luz se propaga em velocidade finita, implica num efeito importante.

Com base nessa suposição, em 1783, John Michell postulou que ”uma estrela com massa suficientemente compacta poderia ter um campo gravitacional tão forte que a luz não poderia escapar. Qualquer luz emitida pela superfície da estrela seria puxada de volta por uma atração gravitacional antes que conseguisse se afastar”.

Michell sugeriu ainda que deveria haver um grande número de estrelas nessa situação. Ainda que não fosse possível vê-las, pois sua luz não atingiria os olhos humanos, poderia sofrer uma atração gravitacional. Esses objetos são chamados atualmente de buracos negros, pois são vácuos escuros no espaço.

Até hoje a melhor teoria para explicar este tipo de fenômeno é a Teoria Geral da Relatividade, formulada por Albert Einstein  em 25 de novembro de 1915. Em um seminário, Einstein apresentou as equações finais da Teoria da Relatividade Geral para a Academia de Berlim. Mesmo assim, decorreu um longo período antes que as implicações da teoria para estrelas compactas fossem compreendidas.

Para entender melhor do que se trata um buraco negro, é preciso entender alguns conceitos.

Segundo a teoria de Einstein, a força da gravidade seria uma manifestação da deformação no espaço-tempo causada pela massa dos corpos celestes, como os planetas ou estrelas. Essa deformação seria maior ou menor de acordo com a massa ou a densidade do corpo. Portanto, quanto maior a massa do corpo, maior a deformação e, por sua vez, maior a força de gravidade dele. Consequentemente, maior é a velocidade de escape, força mínima que deve ser empregada, para que um objeto possa vencer a gravidade deste corpo. Por exemplo, para que um foguete saia da atmosfera terrestre para o espaço ele precisa de uma força de escape de 40.320 km/h. Em Júpiter, essa força teria de ser 214.200 km/h. Essa diferença muito grande, é porque sua massa é muito maior que a da Terra.

É isso que acontece nos buracos negros. Há uma concentração de massa tão grande em um ponto tão infinitamente pequeno que a densidade é suficiente para causar tal deformação no espaço-tempo que a velocidade de escape neste local é maior que a da luz. Por isso que nem mesmo a luz consegue escapar de um buraco negro. E, já que nada consegue se mover mais rápido que a velocidade da luz, nada pode escapar de um buraco negro.

O surgimento dos buracos negros está relacionado com o ciclo de vida das estrelas. As estrelas surgem de imensas nuvens compostas de pequenas partículas de matéria e de gás hidrogênio, que existe em abundância no Universo.

Após um longo tempo brilhando e convertendo o seu hidrogênio em hélio, as estrelas entram em colapso. Então, seus destinos dependem do seu tamanho. As mais massivas explodem. No lugar das supernovas (nome dado aos corpos celestes surgidos após as explosões) o núcleo original da estrela, que serviu de “apoio” para a explosão, se contrai. Outras vezes, o núcleo não pára mais de se contrair e nasce um buraco negro.

Em abril de 2019, a NASA divulgou a primeira imagem de um buraco negro. Foram utilizados dezenas de radiotelescópios em terra e no espaço para capturar ondas eletromagnéticas vindas de uma galáxia a mais de 55 milhões de anoz-luz de nosso planeta. Utilizando supercomputadores, os dados foram processados e unidos de forma a gerar essa imagem.

A construção dessa imagem se deu graças à cientista Katherine Bouman e seu algoritmo. Essa cientista de 29 anos é formada em Ciências da Computação no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos. Além disso, também cursou graduação em Engenharia Elétrica na Universidade de Michigan. Sua dissertação de mestrado, intitulada Estimando as Propriedades Materiais do Tecido Através da Observação do Movimento, recebeu o Prêmio Ernst Guillemin de Melhor Tese de Mestrado. Foi nessa época, com apenas 27 anos, que Katie apresentou a fórmula para o algoritmo que mais tarde permitiu a captura da primeira imagem do buraco negro.