Nobel de Física de 2020

Reinhard Genzel

Roger Penrose

A teoria que implicou a descoberta

Andrea Ghez

Os buracos negros, sem sombra de dúvidas, tem dentro de si um dos maiores mistérios do universo, sendo teorizado pelo John Michell em uma carta publicada em novembro de 1784. Os cálculos simplistas de Michell supunham que esse corpo pudesse ter a mesma densidade que o Sol e concluíram que esse corpo se formaria quando o diâmetro de uma estrela excedesse o do Sol por um fator de 500 e a velocidade de escape da superfície excedesse a velocidade usual da luz. Michell observou corretamente que esses corpos supermassivos, mas não irradiantes, podem ser detectados por seus efeitos gravitacionais em corpos visíveis próximos. Ainda utilisando o termo  "estrela negra" que por sua vez, é um termo mais correto do que "buraco negro".

Mas foi em 1915 que a relatividade geral de Einstein, tendo demonstrado anteriormente que a gravidade influencia o movimento da luz. Apenas alguns meses depois, Karl Schwarzschild encontrou uma solução para as equações do campo de Einstein, que descrevem o campo gravitacional de uma massa pontual e de uma massa esférica. Essa solução tinha um comportamento peculiar no que hoje é chamado raio de Schwarzschild, onde se tornou singular, significando que alguns dos termos nas equações de Einstein se tornaram infinitos. A natureza dessa superfície ainda não era totalmente compreendida. Porém, denominando uma estrutura onde o seu núcleo tem toda sua massa em um único ponto, se estabeleceu uma singularidade de coordenadas não físicas.

crédito: wikipedia

Muitas outras descobertas foram feitas nos anos subsequentes, mas foi na década de 60 que Roger Penrose ignorou a estrutura geométrica detalhada do espaço-tempo e, em vez disso, concentrou a atenção apenas na topologia do espaço, ou no máximo em sua estrutura conforme, uma vez que é a última -como determinado pela configuração dos cones de luz- que determina as trajetórias de geodésicas semelhantes à luz e, portanto, suas relações causais. A importância do artigo de Penrose, que marcou época, "Colapso gravitacional e singularidades no espaço-tempo" não foi seu único resultado, resumido aproximadamente como que se um objeto como uma estrela moribunda implode além de um certo ponto, nada pode impedir que o campo gravitacional se torne tão forte a ponto de formar algum tipo de singularidade.

Foi no contexto local de colapso gravitacional que a contribuição de Penrose foi mais decisiva, começando com sua conjectura de censura cósmica de 1969, no sentido de que quaisquer singularidades subsequentes seriam confinadas em um horizonte de eventos bem comportado em torno de um espaço oculto - região de tempo para a qual Wheeler cunhou o termo buraco negro , deixando uma região externa visível com curvatura forte, mas finita, da qual parte da energia gravitacional pode ser extraída pelo que é conhecido como processo de Penrose , enquanto o acúmulo de matéria circundante pode liberar mais energia que pode explicar fenômenos astrofísicos, como quasares.

Reinhard Genzel e Andrea Ghez lideram, cada um, um grupo de astrônomos que, desde o início dos anos 1990, se concentra em uma região chamada Sagitário A* no centro de nossa galáxia. As órbitas das estrelas mais brilhantes próximas ao meio da Via Láctea foram mapeadas com precisão crescente. As medidas desses dois grupos concordam, com ambos encontrando um objeto invisível extremamente pesado que puxa o amontoado de estrelas, fazendo-as correr em velocidades vertiginosas. Cerca de quatro milhões de massas solares estão reunidas em uma região não maior do que nosso sistema solar.

Detecção de um brilho de raio-X excepcionalmente brilhante de Sgr A 
crédito: NASA

Usando os maiores telescópios do mundo, Genzel e Ghez durante um período de dez anos que de acordo com a análise da equipe, os dados descartam a possibilidade que Sagitário A* contenha um conjunto de objetos estelares escuros ou uma massa de férmions degenerados, reforçando a evidência de um buraco negro supermaciço. A equipe desenvolveu um método para ver através das enormes nuvens de gás interestelar e poeira até o centro da Via Láctea. Ampliando os limites da tecnologia, eles refinaram novas técnicas para compensar as distorções causadas pela atmosfera da Terra, construindo instrumentos únicos e se comprometendo com pesquisas de longo prazo. Seu trabalho pioneiro nos deu a evidência mais convincente de um buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea.

As observações de rádio de VLBI de Sagitário A* também poderiam ser alinhadas centralmente com as imagens para que S2 pudesse ser vista orbitando Sagitário A*. Ao examinar a órbita Kepleriana de S2, determinaram que a massa de Sagitário A* era de 2,6 ± 0,2 milhões de massas solares, confinadas num volume com um raio não superior a 17 horas-luz (120 UA). Observações posteriores da estrela S14 mostraram que a massa do objeto era cerca de 4,1 milhões de massas solares dentro de um volume com raio não maior do que 6,25 horas-luz (45 UA) ou cerca de 6,7 bilhões de quilômetros.

Após monitorar órbitas estelares ao redor de Sagitário A* por 16 anos, Gillessen estimou a massa do objeto em 4,31 ± 0,38 milhões de massas solares. O resultado foi anunciado em 2008 e publicado no The Astrophysical Journal em 2009. Reinhard Genzel, chefe da pesquisa, disse que o estudo apresentou "o que agora é considerado a melhor evidência empírica de que os buracos negros supermassivos realmente existem."

Crédito: EHT

E em 2019, temos isso...

Bibliografia:

• https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2020/press-release/
• https://en.wikipedia.org/wiki/Black_hole
• https://en.wikipedia.org/wiki/Roger_Penrose
• https://pt.wikipedia.org/wiki/Sagittarius_A*
• https://en.wikipedia.org/wiki/Penrose_process
• https://eventhorizontelescope.org/press-release-april-10-2019-astronomers-capture-first-image-black-hole (primeira imagem de um buraco negro)