Por fim, podemos ver: um buraco negro como realmente é. Os astrônomos hoje revelaram que tiraram uma foto de um enorme buraco negro no coração da galáxia vizinha, Messier 87. O resultado é uma confirmação poderosa da teoria geral da relatividade de Albert Einstein, que foi usada para prever buracos negros há mais de um século. É também um feito para a equipe de mais de 200 cientistas que trabalharam por anos para produzir a imagem, combinando sinais de oito observatórios de rádio em todo o mundo.
“Estou muito orgulhoso dos resultados”, diz Heino Falcke, da Universidade Radboud, na Holanda, um dos líderes da colaboração do Telescópio de Horizontes de Eventos (EHT), que anunciou o resultado em um conjunto global de conferências de imprensa coordenadas. Mas ele reconhece que o processo de dois anos de processar os dados e gerar as imagens “foi o período mais emocionalmente difícil da minha vida”.
Embora poucos duvidassem da existência de buracos negros, vê-los – ou pelo menos seu rastro – era um imenso desafio. Buracos negros têm campos gravitacionais tão fortes que nem a luz pode escapar, então eles são definidos por uma esfera negra e sem características, chamada de horizonte de eventos. Mas os buracos podem ser vistos, no entanto, porque eles adquirem um disco de gás e o elevam a altas temperaturas, de modo que brilham intensamente em diferentes comprimentos de onda.
Ao ver a forma deste anel, dobrado em um crescente assimétrico pela gravidade do buraco negro, uma nova era da astrofísica começará. O tamanho e forma precisos do anel ajudarão os pesquisadores a testar as equações gravitacionais de Einstein para ver se elas resistem ao teste ou se alguma outra teoria da gravidade pode ser necessária. “Agora podemos fazer essas perguntas, diz Falcke. “Tornou-se um campo experimental.”
A equipe da EHT, de 13 instituições em todo o mundo, fez suas observações sobre o M87 e o buraco negro no centro da Via Láctea, conhecido como Sagitário A *, em cinco noites de abril de 2017, usando oito radiotelescópios sensíveis a comprimentos de onda de em torno de um milímetro. Essa frequência de rádio específica é necessária porque pode penetrar a neblina de poeira e gás que envolve os centros das galáxias. Mas o desafio foi enorme. Apesar de sua massa, os buracos negros são surpreendentemente pequenos devido à sua intensa gravidade. O buraco negro no centro de M87 contém a massa de 6,5 bilhões de sóis. No entanto, tem apenas 40 bilhões de quilômetros de largura – minúsculos segundo os padrões cósmicos.
Nenhum telescópio existente tem a resolução de ver um objeto tão pequeno e distante. Assim, a equipe da EHT cooptou a maior parte dos telescópios de ondas milimétricas em todo o mundo e combinou seus dados para produzir um telescópio virtual do tamanho da Terra por meio de um processo chamado interferometria de linha de base muito longa (VLBI). Os telescópios que eles usaram se estenderam do Havaí ao Arizona, do México à França e do Chile ao Pólo Sul.
A colaboração já havia feito observações anteriores com um número menor de telescópios, mas 2017 foi a primeira vez que eles tiveram um alcance global que incluiu a enorme potência do Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) no Chile com seus 64 pratos. Ondas milimétricas são afetadas por nuvens, portanto, obter bom tempo era importante. Naquele mês de abril, dois anos atrás, os deuses do tempo sorriram. “Foi uma das partes mais lisas do projeto”, diz o membro da equipe Feryal Ozel, da Universidade do Arizona, em Tucson. “Algumas equipes trabalharam em turnos de 16 ou 18 horas, mas a coisa toda foi sorte”, diz ela, acrescentando: “Analisar os dados foi muito mais difícil”.
Esse processo levou todo o tempo desde então. O volume de dados era tão grande que não podia ser transmitido aos processadores centrais do Observatório Haystack do Massachusetts Institute of Technology e do Instituto Max Planck de Radioastronomia, em Bonn, na Alemanha. Em vez disso, teve que ser gravado em disco e enviado, o que representou um problema para o Telescópio do Polo Sul. Estava fechado para o inverno austral, então os pesquisadores não colocaram suas mãos em seus dados até quase o final de 2017. Um total de 4 petabytes foram registrados, cada leitura com carimbo atômico. Se esses dados fossem gravados como MP3s, seriam necessárias 8.000 horas para serem reproduzidos.
“Foi um processo bastante horrível para processar todos os dados”, diz Falcke. Processadores poderosos chamados correlatores comparam as leituras entre pares de telescópios a diferentes distâncias e em diferentes orientações conforme a Terra gira. Ozel compara-a à construção de uma imagem tridimensional do corpo com uma tomografia computadorizada, mas, nesse caso, eles não têm todas as orientações de que precisam. “Tivemos que nos certificar de que não estávamos preenchendo os dados de uma forma que pudesse influenciar a interpretação”, diz ele.
Então eles tiveram que calibrar todos os dados, que vem de telescópios com características e qualidade de dados muito diferentes. “Cada escopo tem sua própria personalidade”, diz Falcke. Enquanto isso, os teóricos estavam trabalhando em um conjunto de modelos do que o EHT poderia ver, inclusive se algo tivesse dado errado. “Você não sabe o que vai conseguir”, diz Ozel. “Felizmente, agora entendemos o suficiente para dizer o que é”, diz ele. “Em última análise, acho que o que nos salvou é que a interpretação é limpa.”
Einstein não gostava da ideia de buracos negros. Foi apenas alguns meses depois que ele publicou sua teoria gravitacional, conhecida como relatividade geral, que o físico alemão Karl Schwarzschild encontrou uma solução para as equações de Einstein que sugeriam que se um objeto fosse compacto o suficiente e tivesse massa suficiente sua gravidade seria tão forte que impediria qualquer coisa de escapar, até mesmo a luz.
Durante décadas, a maioria dos físicos e astrônomos achava que tal ideia era apenas uma curiosidade matemática. Mas a descoberta dos pulsares por Jocelyn Bell Burnell, em 1967, sugeriu a existência de objetos compactos extremamente densos. Desde então, os astrônomos acumularam muitas evidências indiretas da existência de buracos negros, a partir dos efeitos de sua gravidade. Os astrônomos descobriram sistemas binários, como o Cygnus X-1, onde não há sinal do objeto mais denso, além de se congestionar com a substância de seu parceiro estelar, sugerindo que o parceiro tímido é um buraco negro.
Mais evidências vieram dos estudos de Sagitário A * (Sgr A *), uma fonte de ondas de rádio no centro de nossa galáxia Via Láctea. Nas duas últimas décadas, observações de um punhado de estrelas em órbitas firmes e rápidas sugerem que há um buraco negro com a massa de cerca de 4 milhões de vezes a do nosso sol.
A prova mais convincente veio em 2015, com a detecção pelo Observatório Gravitacional por Interferômetro a Laser (LIGO) da fusão cataclísmica de dois buracos negros através das ondas gravitacionais – ondulações no espaço-tempo que elas emitiram.
Com o anúncio de hoje, no entanto, os astrônomos finalmente têm evidências visuais. “Eu sempre quis ver essa maldita coisa”, diz Falcke. [Science]
