Os buracos negros estão entre os objetos mais fascinantes do Universo. Envolvendo enormes quantidades de matéria em regiões relativamente pequenas, estes objetos compactos têm densidades enormes que dão origem a alguns dos campos gravitacionais mais fortes do cosmos, tão fortes que nada pode escapar, nem mesmo a luz.
© Scientific American (ilustração de dois buracos negros em fusão)
Uma fusão de um buraco negro foi detectada pela primeira vez em 2015 pelo LIGO, o Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro a Laser, que detectou as ondas gravitacionais, ou seja, flutuações no tecido do espaço-tempo criadas pela colisão gigante.
Os buracos negros e ondas gravitacionais são previsões da Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein, a qual foi apresentada em 1915 e permanece, até hoje, a melhor teoria para descrever a gravidade em todo o Universo.
Karl Schwarzschild derivou as equações para buracos negros em 1916, mas estas permaneceram uma curiosidade teórica durante várias décadas, até que as observações de raios X realizadas com telescópios espaciais puderam finalmente sondar a emissão altamente energética da matéria na vizinhança desses objetos extremos. A primeira imagem da silhueta escura de um buraco negro, lançada contra a luz da matéria no seu entorno imediato, só foi captada recentemente pelo telescópio Event Horizon e publicada no mês passado.
Quanto às ondas gravitacionais, foi o próprio Einstein quem previu a sua existência a partir da sua teoria, também em 1916, mas levaria outro século para finalmente se observar essas flutuações. Desde 2015, os observatórios terrestres LIGO e Virgo reuniram mais de uma dúzia de detecções, e a astronomia de ondas gravitacionais é um novo campo de pesquisa em desenvolvimento.
Mas outra das previsões de Einstein encontrou prova de observação muito mais cedo: a curvatura gravitacional da luz, que foi demonstrada apenas alguns anos depois da teoria aparecer, durante um eclipse total do Sol em 1919.
No contexto da relatividade geral, qualquer objeto com massa dobra o tecido do espaço-tempo, desviando o caminho de qualquer objeto que passe por perto, incluindo a luz. Uma visão artística dessa distorção, também conhecida como lente gravitacional, encontra-se retratada nesta representação de dois buracos negros em fusão.
Há cem anos, os astrônomos começaram a testar a relatividade geral, observando se e como a massa do Sol desvia a luz de estrelas distantes. Esta experiência só poderia ser realizada obscurecendo a luz do Sol para revelar as estrelas ao seu redor, algo que é possível durante um eclipse solar total.
Em 29 de maio de 1919, Sir Arthur Eddington observou as estrelas distantes ao redor do Sol durante um eclipse na ilha do Príncipe, na África Ocidental, enquanto Andrew Crommelin realizou observações semelhantes em Sobral, no nordeste do Brasil. Os seus resultados, apresentados seis meses depois, indicaram que as estrelas observadas perto do disco solar durante o eclipse foram levemente deslocadas em relação à sua posição normal no céu, aproximadamente pela quantidade prevista pela teoria de Einstein para o seu desvio devido à massa do Sol.
“Acende todos os mortos no céu”, destacou o New York Times em novembro de 1919 para anunciar o triunfo da nova teoria de Einstein. Isto inaugurou um século de experiências excitantes pesquisando a gravidade na Terra e no espaço e provando a relatividade geral de um modo cada vez mais preciso.
Veja um documentário preparado pelo Observatório Nacional que apresenta o Eclipse de Sobral e a Teoria da Relatividade Geral. Click na imagem a seguir.
© ON (o Eclipse de Sobral e a Teoria da Relatividade Geral)
Demos saltos gigantescos nos últimos cem anos, mas ainda há muito para descobrir. Athena, o futuro observatório de raios X da ESA, investigará detalhadamente, e sem precedentes, os buracos negros supermassivos que se situam no centro das galáxias. LISA, outra futura missão da ESA, detectará as ondas gravitacionais a partir de órbita, procurando as flutuações de baixa frequência que são liberadas quando dois buracos negros supermassivos se fundem e só podem ser detectados a partir do espaço.
Ambas as missões estão atualmente em fase de estudo, e estão programadas para lançamento no início dos anos 2030. Se Athena e LISA pudessem operar em conjunto por pelo menos alguns anos, poderiam realizar uma experiência única: observar a fusão de buracos negros supermassivos tanto em ondas gravitacionais quanto em raios X.
Precisamos do LISA para detectar as ondas gravitacionais e nos dizer onde procurar no céu, depois precisamos que o Athena a observe com alta precisão em raios X para ver como a poderosa colisão afeta o gás que circunda os buracos negros. Não sabemos o que acontece durante um confronto cósmico desse tipo, portanto, essa experiência, muito parecida com o eclipse de 1919 que primeiro provou a teoria de Einstein, está preparada para abalar a nossa compreensão da gravidade e do Universo.
Fontes: Observatório Nacional e Scientific American
