Texto de Graciele Almeida de Oliveira e Alessandro Marins
Três pesquisadores receberam o prêmio Nobel de Física de 2020 por suas descobertas relacionadas aos buracos negros.
Roger Penrose é um físico matemático que a partir da Teoria da Relatividade de Einstein deu contribuições teoricas importantes para a predição da existência dos buracos negros.
Mas o que é um buraco negro?
Ele é um local no espaço em que a gravidade é tão grande que acaba atraindo tudo para o seu interior, incluindo a luz, daí o seu nome. Ele pode ser formado como um processo final da vida de uma estrela.
No entanto, só mais tarde tivemos a prova de que um buraco negro existe. Dois diferentes grupos de astrônomos liderados por Andrea Ghez e Reinhard Genzel estavam interessados em mapear a órbita de estrelas brilhantes no centro da Via Láctea.
Nesse processo, ambos grupos encontraram algo que era invisível e pesado ao redor do qual as estrelas giravam. Eles também encontraram que essa massa invisível tinha uma grande quantidade de peso, algo próximo de quatro milhões de sóis em uma região não muito maior do que nosso sistema solar. Eles haviam encontrado um buraco negro. Antes, ele só fora descrito por meio de teorias (The Nobel Prize, 2020).
Buracos Negros antes de Einstein
A ideia de um Buraco Negro precede a teoria desenvolvida por Einstein e aparece como uma forma de descrever como corpos com massa interagem em um caso limite conhecido como Estrelas Negras.
Galileu Galilei lançou a semente sobre o que conhecemos como gravidade ao propor que corpos em queda tem uma taxa de velocidade no tempo constante, ou seja, uma aceleração constante. A partir daí a forma com que vemos o Universo foi ampliada e as ideias de Galileu foram revisitadas por Isaac Newton e Einstein .
Usando a pergunta de Newton: Por que as maçãs sempre caem direto no chão?, vamos imaginar juntos: Podemos jogar uma maçã para cima e vê-la voltar. Se impulsioná-la cada vez mais, com uma maior força, consequentemente, a maçã será lançada para cima com maior velocidade. Ela também alcançará uma altura maior, até o ponto em que ela retorna para o chão. Mas será que existe uma velocidade em que a maçã seja lançada e não retorne, ou seja, escape do planeta Terra? A resposta, segundo a teoria de Newton, é sim (!). A velocidade mínima para que isso ocorra, que só depende de propriedades do corpo celeste, no caso a Terra, é chamada de velocidade de escape.
Essa teoria da pistas sobre o comportamento de corpos massivos em relação ao buraco negro, mas como explicar o comportamento da luz? Ela também não escapa ao buraco negro.
No século XVII, o astrônomo dinamarquês Oleg Rømer havia descoberto que a luz tinha uma velocidade finita, ou seja, limite (Shea, 1998), mas não se tinha muita noção na época de qual era essa velocidade. Só mais tarde, em 1905, com as pesquisas de Einstein, ancoradas em resultados experimentais e na teoria do eletromagnetismo, é que se estabelece o conceito de que a velocidade da luz é sempre a mesma, independente de quem e em quais circunstâncias a vê. Além disso, segundo uma das ideia vigentes à época, e defendida desde Newton, a luz seria composta de pequenas corpos massivos.
A partir disso, veio a hipótese de que poderia existir uma estrela em que a gravidade, ou seja, o quanto a estrela atrai corpos para si, seja tão grande que a velocidade necessária para que o corpo escape da estrela (velocidade de escape) seja tão grande que ultrapasse o limite da velocidade da luz. Dessa forma, nem a luz conseguiria escapar da estrela.
Se nem a luz conseguiria escapar da estrela, o brilho dela não chegaria até nós como as das demais estrelas que vemos em uma noite estrelada. Teríamos uma Estrela Negra.
Dicas
Hoje é dia Nacional do Astrônomo. Quer saber mais? Fica a sugestão do texto A Astronomia e a monarquia no Brasil do CDF-Ciência de Fato, Blogs Unicamp.
Nas próximas semanas, o Blog CDF-Ciência de Fato trará mais textos sobre Astronomia e uma série sobre os conceitos relacionados aos trabalhos dos laureados com o Prêmio Nobel de Física 2020.
Quer saber mais sobre as teorias relacionadas à cosmologia? A Larissa Santos é doutora em Astronomia e escreveu o livro O Universo Escuro: De Ptolomeu às ondas gravitacionais, que pode ser baixado gratuitamente.
Referências
NASA. (2018) What is a Black Hole?
The Nobel Prize. (2020) Popular information. Black holes and the Milk Way’s darkest secret.
Sobre os autores
Graciele Almeida de Oliveira: Brasileira. Minha fala é uma mistura de sotaques. Minha cozinha uma mistura de sabores. Mãe cearense, pai mineiro, irmão são paulino. Bacharel em química e doutora em Bioquímica pelo Departamento de Bioquímica do IQ – USP. Especialista em Jornalismo Científico pela Unicamp. Educomunicadora. Apaixonada por bioenergética mitocondrial, bioquímica, química, física, astronomia e com uma queda por ciências exatas e biológicas em geral. Bem vindxs!
Alessandro Marins: doutorando atuando em cosmologia, astrofísica, astronomia e teoria da informação pela USP. Atualmente integrante dos projetos BINGO radiotelescope e do JPAS em diferentes frentes, desde tratamento de dados de galáxias com inteligencia artificial, de restrição de modelos que descrevem Energia Escura, desenvolvimento de design ótico para radiotelescópio e, principalmente, reconstrução de sinais provenientes do Universo. Essas atuações, claro, nas horas vagas, porque a minha principal atuação é ser pai das pacotinhos e criador/divulgador da tapioca de banana com requeijão.
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