European Southern Observatory / AFP
Buracos negros seriam, em tese, o caminho para as viagens no tempo European Southern Observatory / AFP

‘Um dos fenômenos mais exóticos do universo’. Entenda o que é um buraco negro

Estudo sobre os buracos negros rendeu Nobel de Física de 2020 a três pesquisadores. Fenômeno ainda permanece envolto em muitos mistérios

Roberta Jansen/ RIO, O Estado de S.Paulo

06 de outubro de 2020 | 20h17

"Um dos fenômenos mais exóticos do Universo". Foi assim que a Academia Real de Ciências da Suécia definiu os buracos negros, objeto de estudo dos vencedores do Nobel de Física deste ano: o britânico Roger Penrose, o alemão Reinhard Genzel e a americana Andrea Ghez. Ainda envoltos em muitos mistérios para os próprios cientistas, os buracos negros seriam, em tese, o caminho para as viagens no tempo -- o que só aumenta o seu fascínio.

Metade do prêmio de dez milhões de coroas suecas (R$ 6,3 milhões) vai para Penrose, por ter demonstrado, matematicamente, a existência dos buracos negros, como prevista na Teoria da Relatividade Geral, de Albert Einstein. Genzel e Ghez compartilharão a outra metade do prêmio por suas observações que levaram à comprovação da existência de um buraco negro de grande massa no centro da nossa galáxia.

Roger Penrose é professor da Universidade de Oxford, no Reino Unido. Reinhard Genzel é pesquisador do Instituto Max Planck para Física Extraterrestre, na Alemanha, e Andrea é pesquisadora da Universidade da Califórnia, em Los Angeles, nos Estados Unidos.

Conhecida como "caçadora de buracos negros de grande massa", a astrofísica Thaisa  Storchi Bergmann, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), explica que existem dois tipos de buracos negros.

Os mais comuns são aqueles formados quando uma estrela de massa de 10 a 50 vezes maior que a do Sol morre, voltando-se para si mesma, encolhendo e concentrando tanta energia que nada é capaz de escapar desse buraco, nem mesmo a luz. Ali, as leis da natureza deixam de valer.

No entanto, existe um outro tipo de buraco negro, chamado de grande massa, porque têm de um milhão a alguns bilhões de vezes a massa do Sol. Ou seja, concentra ainda muito mais energia. Esses buracos negros estão localizados no centro das galáxias, coordenando o movimento de suas estrelas, e teriam se formado no início do Universo.

Teoricamente, se dois buracos negros se tocassem, seria aberto um caminho para uma viagem no tempo - uma teoria explorada a exaustão em filmes e séries, como Interestelar e Dark.

"Existe todo esse sonho futuro de poder viajar no espaço-tempo", diz a astrônoma Duília de Mello, da Universidade Católica de Washington. "Mas o estudo dos buracos negros é crucial também para entender a evolução das galáxias ao longo de bilhões de anos."

Nem o próprio Einstein acreditava na existência dos buracos negros

Em janeiro de 1965, dez anos depois da morte de Einstein, Penrose provou matematicamente como os buracos negros poderiam se formar e os descreveu em detalhes. Segundo o Comitê do Nobel, o artigo do cientista britânico até hoje é visto como a mais importante contribuição para a Teoria da Relatividade Geral desde os estudos do próprio Einstein.

"Einstein não acreditava que existissem, de fato, os buracos negros - esses monstros super pesados capazes de capturar qualquer coisa nas proximidades, até mesmo a luz", escreveu o comitê, ao justificar o prêmio.

Reinhard Genzel e Andrea Ghez lideram grupos de astrônomos que, desde o início dos anos 90, estão focados no estudo de uma região específica no centro da nossa galáxia chamada de Sagittarius A, em busca da comprovação da existência de um buraco negro.

Para isso, eles calcularam com grande precisão as órbitas das estrelas mais brilhantes próximas ao centro da Via Láctea. E as medições dos dois grupos são idênticas: elas apontam para a existência de um objeto invisível, extremamente pesado, que suga as estrelas, fazendo com que elas assumam velocidades cada vez maiores.

Usando os maiores telescópios do mundo, Genzel e Ghez desenvolveram métodos de enxergar o centro da Via Láctea através de gigantescas nuvens de gás e poeira interestelar, que dificultavam essas observações.

Expandindo cada vez mais os limites da tecnologia, eles refinaram as técnicas para compensar as distorções causadas pela astmosfera da Terra, desenvolvendo instrumentos únicos para uma pesquisa de longo prazo. O trabalho pioneiro forneceu as provas mais convincentes da existência de um buraco negro de grande massa no centro da Via Láctea.

"As descobertas dos laureados deste ano são revolucionárias no estudo de objetos compactos e de grande massa", explicou David Haviland, do Comitê de Física do Nobel. 

"Mas esses exóticos objetos ainda apresentam muitas questões em aberto que demandam mais pesquisas futuras. Não apenas sobre sua estrutura interna, mas também sobre como testar a teoria da gravidade sob as condições extremas nas proximidades de um buraco negro."

Questionada sobre o que há nos buracos negros, a própria Andrea Ghez admitiu: “Não sabemos. Não sabemos o que tem dentro dos buracos negros, e é isso que faz deles objetos tão exóticos. Eles realmente representam um colapso no nosso entendimento das leis da Física. Isso é parte do que ainda nos intriga e que nos empurra para tentar compreender o mundo físico”.

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Pesquisas sobre buracos negros rendem o Prêmio Nobel de Física deste ano

Láurea será dividida entre pesquisador que analisou buracos negros e dupla que investigou um objeto supermassivo no centro da Via Láctea

Roberta Jansen e Giovana Girardi, O Estado de S.Paulo

06 de outubro de 2020 | 07h12

Pesquisas sobre buraco negro e segredos da Via Láctea renderam o Prêmio Nobel de Física 2020 para os pesquisadores Roger Penrose, Reinhard Genzel e Andrea Ghez. Penrose receberá metade do prêmio, pela “descoberta da formação de buraco negro em uma robusta previsão da Teoria da Relatividade Geral”. Genzel e Andrea receberão a outra metade pela “descoberta de um objeto supermassivo no centro da nossa galáxia”. O secretário-geral da Academia Real de Ciências da Suécia, Göran Hansson, afirmou que o prêmio deste ano é “sobre os mais profundos segredos do Universo”.

Os três foram escolhidos, de acordo com o Comitê do Nobel, por suas descobertas sobre um dos fenômenos mais exóticos do Universo, o buraco negro. “Roger Penrose mostrou que a teoria geral da relatividade leva à formação de buracos negros. Reinhard Genzel e Andrea Ghez descobriram que um objeto invisível e extremamente pesado governa as órbitas das estrelas no centro de nossa galáxia. Um buraco negro supermassivo é a única explicação atualmente conhecida”, indica o comitê.

Penrose é professor da Universidade de Oxford, no Reino Unido. Genzel é pesquisador do Instituto Max Planck para Física Extraterrestre, na Alemanha, e Andrea é pesquisadora da Universidade da Califórnia, em Los Angeles, nos Estados Unidos

Penrose usou métodos matemáticos engenhosos para provar que os buracos negros são uma consequência direta da Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein. "O próprio Einstein não acreditava que, de fato, existiam buracos negros - esses monstros super pesados capazes de capturar qualquer coisa nas proximidades. Nada escapa, nem mesmo a luz", escreveu o comitê. 

Em janeiro de 1965, dez anos depois da morte de Einstein, Penrose provou como os buracos negros podem se formar e os descreveu em detalhes. No centro, os buracos negros escondem uma particularidade: ali, todas as leis da natureza deixam de valer. Segundo o Comitê do Nobel, o artigo que ele escreveu descrevendo os buracos negros até hoje é visto como a mais importante contribuição para a Teoria da Relatividade Geral desde Einstein.

Reinhard Genzel e Andrea Ghez lideram grupos de astrônomos que, desde o início dos anos 90, estão focados no estudo de uma região no centro da nossa galáxia chamada de Sagittarius A. As órbitas das estrelas mais brilhantes próximas ao centro da Via Láctea foram mapeadas com grande precisão. E as medições dos dois grupos são idênticas: ambos encontraram um objeto invisível, extremamente pesado, que suga as estrelas em um vórtice, fazendo com que elas assumam velocidades cada vez maiores.

Usando os maiores telescópios do mundo, Genzel e Ghez desenvolveram métodos de enxergar através de gigantescas nuvens de gás e poeira interestelar o centro da Via Láctea. Expandindo cada vez mais os limites da tecnologia, eles refinaram as técnicas para compensar as distorções causadas pela astmosfera da Terra, desenvolvendo instrumentos únicos para uma pesquisa de longo prazo. O trabalho pioneiro forneceu as provas mais convincentes de que existe um supermassivo buraco negro no centro da Via Láctea.

"As descobertas dos laureados deste ano são revolucionárias no estudo de objetos compactos e supermassivos", explicou David Haviland, do Comitê de Física do Nobel. "Mas esses exóticos objetos ainda apresentam muitas questões em aberto que demandam ainda pesquisas futuras. Não apenas sobre sua estrutura interna, mas também sobre como testar a teoria da gravidade sob as condições extremas nas proximidades de um buraco negro."

Andrea é a quarta mulher na história a receber o Nobel de Física. A pioneira foi Marie Curie, em 1903 (que depois receberia também o Nobel de Química, em 1911 - única mulher a ser laureada duas vezes). Em 1963, o prêmio foi para Maria Goeppert-Mayer. Em 2018, Donna Strickland. “Eu levo muito a sério a responsabilidade de ser a quarta mulher a receber o Prêmio Nobel. Espero poder inspirar outras jovens mulheres neste campo. É uma área que tem tantos prazeres. E se você é apaixonada por ciência, há tanto que pode ser feito”, disse Andrea, que fez uma participação especial na coletiva de imprensa de divulgação do prêmio.

Questionada sobre o que são os buracos negros, ela admitiu: “Não sabemos. Não sabemos o que tem dentro dos buracos negros, é isso que faz deles objetos tão exóticos. Eles realmente representam um colapso no nosso entendimento das leis da Física. Isso é parte do que ainda nos intriga e que nos empurra para tentar compreender o mundo físico”.

A astrofísica americana Andrea Ghez, de 55 anos, é a quarta mulher na História a receber o Nobel de Física desde a criação do prêmio, em 1901. Em pouco mais de um século, 215 cientistas receberam o prêmio de física --- e apenas quatro deles eram mulheres.

A primeira mulher a receber um Nobel de Física foi Marie Curie, em 1903 (que depois receberia também um Nobel de Química, em 1911, tornando-se a única mulher até hoje a ser laureada duas vezes). Curie compartilhou o prêmio de física com o marido, Pierre Curie, e com Antoine Henri Becquerel, por seus trabalhos sobre a radioatividade.

Mais de meio século se passou até uma segunda mulher ser laureada, em 1963. Maria Goeppert-Mayer dividiu o prêmio com Eugene Paul Wigner e J. Hans D. Jensen por seus trabalhos sobre a estrutura do núcleo atômico. Finalmente, em 2018, uma terceira cientista levou o Nobel de física, Donna Strickland --- juntamente com Gerard Mourou e Arthur Ashkin por seus trabalhos com pulsos ópticos.

Muitas outras mulheres teriam sido preteridas ao longo dos anos, a despeito de seus trabalhos significativos. "Nós, astrônomas, tínhamos muito medo que saísse um Nobel para as pesquisas sobre buraco negro e apenas Penrose e Genzel levassem", disse a astrônoma Duília de Mello, da Universidade Católica de Washington. "Não seria a primeira vez."

A própria Andrea falou sobre o tema ao fazer uma participação especial na coletiva de imprensa da divulgação do prêmio. “Eu levo muito a sério a responsabilidade de ser a quarta mulher a receber o Nobel de Física", disse. "Espero poder inspirar outras jovens mulheres neste campo. É uma área que tem tantos prazeres. E se você é apaixonada por ciência, há muito a ser feito."  

Saiba quem são os laureados deste ano

Roger Penrose nasceu em 1931 em Colchester, Reino Unido.Conseguiu seu PhD. em 1957 na Universidade de Cambridge, no Reino Unido. É professor da Universidade de Oxford.

Reinhard Genzel nasceu em 1952 em Bad Homburg vor der Höhe, Alemanha. Obteve seu PhD. 1978 na Universidade de Bonn, Alemanha. É diretor do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, em Garching, Alemanha, e professor da Universidade da Califórnia, Berkeley, EUA.

Andrea Ghez nasceu em 1965 na cidade de Nova York, EUA. Obteve seu PhD. em 1992 no Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena, nos EUA. É professora da Universidade da Califórnia, em Los Angeles, EUA.

Saiba quem foram os premiados em anos anteriores

Prêmio Nobel de Física 2019: James Peebles, do Canadá e naturalizado americano,  Michel Mayor e Didier Queloz, ambos da Suíça

O trio foi laureado por suas contribuições para o entendimento da evolução do Universo e do lugar que a Terra ocupa no Cosmos. O americano foi premiado pelas descobertas teóricas da cosmologia física. Já os suíços, pela descoberta de um exoplaneta que orbita uma estrela solar.

Prêmio Nobel de Física 2018: Arthur Ashkin, dos Estados Unidos, Gérard Mourou, da França, e Donna Strickland, do Canadá

O trio foi premiado por pesquisas no campo da tecnologia a laser em casos como a manipulação de organelas dentro de uma célula viva (detalhe: sem danificá-la ou interferir no seu funcionamento) e o uso de um bisturi superpreciso, capaz de fazer correções cirúrgicas no olho de uma pessoa.

Prêmio Nobel de Física 2017: Rainer Weiss, da Alemanha e naturalizado americano, Barry Barish e Kip Thorne, ambos dos Estados Unidos

O trio foi premiado por sua atuação no Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferometria a Laser  (Ligo, na sigla em inglês), nos Estados Unidos, que permitiu a detecção de ondas gravitacionais pela primeira vez na história

Prêmio Nobel de Física 2016: David Thouless, Duncan Haldane e Michael Kosterlitz, do Reino Unido

O trio foi premiado pelos estudos sobre as chamadas "transições de fase topológica da matéria", que "abriram as portas para um mundo desconhecido onde a matéria pode assumir estados estranhos". 

Prêmio Nobel de Física 2015: Takaaki Kajita, do Japão, e Arthur McDonald, do Canadá

A dupla foi premiada pela descoberta de oscilações dos neutrinos - que mostram que essas misteriosas partículas têm massa - contribuindo para os experimentos que demonstram a capacidade dos neutrinos de mudar de identidade e mudando a compreensão da ciência sobre as engrenagens mais íntimas da matéria.

Prêmio Nobel de Física 2014: Isamu Akasaki e Hiroshi Amano, do Japão, e Shuji Nakamura, dos Estados Unidos 

O trio foi premiado pela invenção de diodos que emitem luz azul, o que permitiu a fabricação de LEDs de luz branca, com alto brilho e economia de energia.

Prêmio Nobel de Física 2013: François Englert, da Bélgica, e Peter Higgs, do Reino Unido

A dupla foi premiada pela descoberta teórica de um mecanismo que contribui para a compreensão das origens da massa das partículas subatômicas - o bóson de Higgs -, partícula cuja existência prevista foi confirmada no Grande Colisor de Hádrons (LHC, na sigla em inglês).

Prêmio Nobel de Física 2012: Serge Haroche, da França, e David J. Wineland, dos Estados Unidos

A dupla foi premiada por causa dos métodos experimentais revolucionários que permitem medir e manipular sistemas quânticos individuais, sem destruir as partículas.

Prêmio Nobel de Física 2011: Saul Perlmutter, Adam Riess e Brian P. Schmidt, dos Estados Unidos

O trio ganhou o prêmio pelos estudos que descobriram que a taxa de expansão do Universo se acelera - e não diminui, como era o esperado. Os estudos se basearam na observação da luz de supernovas.

Prêmio Nobel de Física 2010: Andre Geim e Konstantin Novoselov, da Rússia

Eles ganharam o prêmio por terem sido os primeiros cientistas a identificar, isolar e caracterizar o primeiro cristal bidimensional já descoberto, o grafeno, composto por uma única camada de átomos de carbono.

Sobre o Prêmio Nobel

Cada um dos vencedores dos prêmios deste ano, anunciados entre 5 e 12 de outubro, receberá um cheque de dez milhões de coroas suecas (aproximadamente R$ 6,2 milhões) - um valor que não era pago há dez anos. Em 2011, a Fundação Nobel reduziu o valor do prêmio de dez milhões para oito milhões de coroas suecas. Em 2017, a instituição aumentou o valor para nove milhões. Somente este ano voltará ao valor original.

A Fundação Nobel administra os bens de Alfred Nobel, que deixou a maior parte de sua fortuna para a criação do prêmio com o seu nome em testamento feito em Paris, em 1895. Nobel inventou a dinamite em 1866, criação que o tornou rico.  A fundação concede os prêmios de medicina, física, química, economia, literatura e paz.

Pela primeira vez desde 1944, a cerimônia de premiação física em 10 de dezembro foi cancelada, por conta da pandemia de covid-19, e substituída por um evento on-line, no qual os laureados receberão os prêmios em seu país de residência. Uma cerimônia ainda está marcada em Oslo para o Prêmio da Paz, mas reduzida ao mínimo.

O tradicional banquete dos prêmios Nobel, celebrado todo ano em dezembro em Estocolmo, na Suécia, também foi cancelado. O banquete do Nobel foi cancelado anteriormente durante as duas guerras mundiais. Também não ocorreu em 1907, 1924 e 1956.

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