Albert Einstein estava certo: existe uma área na borda dos buracos negros onde a matéria não pode mais permanecer em órbita e, em vez disso, cai, como previsto por sua teoria da gravidade.
Usando telescópios capazes de detectar raios-X, uma equipe de astrônomos observou pela primeira vez essa área — chamada de “região de mergulho” — em um buraco negro a cerca de 10 mil anos-luz da Terra. “Temos ignorado essa região porque não tínhamos os dados,” disse o cientista pesquisador Andrew Mummery, autor principal do estudo publicado na quinta-feira na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. “Mas agora que temos [os dados], não poderíamos explicá-la de outra forma.”
Não é a primeira vez que os buracos negros ajudam a confirmar a grande teoria de Einstein, que é conhecida como relatividade geral. A primeira foto de um buraco negro, capturada em 2019, já havia fortalecido a suposição central do físico revolucionário de que a gravidade é apenas a matéria curvando o tecido do espaço-tempo.
Muitas das outras previsões de Einstein se mostraram corretas ao longo dos anos, entre elas as ondas gravitacionais e o limite de velocidade universal. “Ele é um homem difícil de se apostar contra neste ponto,” disse Mummery, do departamento de física da Universidade de Oxford, no Reino Unido.
“Saímos à procura desta [evidência] especificamente — esse sempre foi o plano. Discutimos por muito tempo se algum dia seríamos capazes de encontrá-la,” disse Mummery. “As pessoas diziam que seria impossível, então confirmar que está lá é realmente empolgante.”
“Como a borda de uma cachoeira”
O buraco negro observado está em um sistema chamado MAXI J1820 + 070, que é composto por uma estrela menor que o sol e o próprio buraco negro, estimado em 7 a 8 massas solares. Os astrônomos usaram os telescópios espaciais NuSTAR e Nicer da Nasa (agência espacial dos EUA) para coletar dados e entender como o gás quente, chamado plasma, da estrela é sugado para dentro do buraco negro.
O telescópio NuSTAR da Nasa, baseado no espaço e visto aqui em uma representação artística, foi usado pela primeira vez para detectar a “região de mergulho” ao redor de um buraco negro (crédito: Nasa/JPL-Caltech)
NuSTAR é a sigla para Nuclear Spectroscopic Telescope Array, que orbita a Terra, e Nicer, formalmente conhecido como Neutron star Interior Composition Explorer, está localizado na Estação Espacial Internacional.
“Em torno desses buracos negros, há grandes discos de material em órbita (provenientes de estrelas próximas)”, disse Mummery. “A maior parte é estável, o que significa que pode fluir tranquilamente. É como um rio, enquanto a região de mergulho é como a borda de uma cachoeira — todo o seu suporte desaparece e você está apenas caindo de cabeça. A maioria do que você pode ver é o rio, mas há essa pequena região no final, que é basicamente o que encontramos,” ele acrescentou, observando que, enquanto o “rio” foi amplamente observado, esta é a primeira evidência da “cachoeira.”
Diferente do horizonte de eventos, que está mais próximo do centro do buraco negro e não permite que nada escape, incluindo luz e radiação, na “região de mergulho” a luz ainda pode escapar, mas a matéria está condenada pela poderosa atração gravitacional, explicou Mummery.
As descobertas do estudo podem ajudar os astrônomos a entender melhor a formação e evolução dos buracos negros. “Podemos realmente aprender sobre eles estudando essa região, porque está bem na borda, então nos dá a maior quantidade de informações,” disse Mummery.
Algo que falta no estudo é uma imagem real do buraco negro, pois ele é muito pequeno e distante. Mas outra equipe de pesquisadores de Oxford está trabalhando em algo ainda melhor do que uma foto: o primeiro filme de um buraco negro. Para conseguir isso, a equipe primeiro precisará construir um novo observatório, o Telescópio Milimétrico da África na Namíbia, que Mummery espera estar operando dentro de uma década. O telescópio, que se juntará à colaboração internacional do Telescópio Horizonte de Eventos que capturou a imagem inovadora do buraco negro em 2019, permitirá que os cientistas observem e filmem grandes buracos negros no centro da Via Láctea e além.
Um link para o passado
Segundo Christopher Reynolds, professor de astronomia na Universidade de Maryland, College Park, encontrar evidências reais da “região de mergulho” é um passo importante que permitirá aos cientistas refinar significativamente os modelos de como a matéria se comporta ao redor de um buraco negro. “Por exemplo, pode ser usado para medir a taxa de rotação do buraco negro,” disse Reynolds, que não esteve envolvido no estudo.
Dan Wilkins, um cientista pesquisador da Universidade Stanford na Califórnia, chama isso de um desenvolvimento empolgante e aponta que, em 2018, houve uma explosão de luz extremamente brilhante de um dos buracos negros dentro de nossa galáxia, acompanhada por um excesso de raios-X de alta energia.
“Na época, hipotetizamos que esse excesso era do material quente na ‘região de mergulho’, mas não tínhamos uma previsão teórica completa de como seria essa emissão,” disse Wilkins, que também não participou do novo estudo.
Este estudo realmente realiza esse cálculo, acrescentou, usando a teoria da gravidade de Einstein para prever como seriam os raios-X emitidos pelo material na “região de mergulho” ao redor de um buraco negro, e compara isso com os dados daquela explosão brilhante em 2018.
“Este será um espaço de descoberta primordial na próxima década ou mais,” disse Wilkins, “enquanto aguardamos a próxima geração de telescópios de raios-X que nos darão medições mais detalhadas das regiões mais internas logo fora dos horizontes de eventos dos buracos negros.”
