Nos últimos meses, Universo Hoje explorou uma infinidade de campos científicos, incluindo crateras de impacto, superfícies planetárias, exoplanetas, astrobiologia, física solar, cometas, atmosferas planetárias, geofísica planetária, cosmoquímica, meteoritos, radioastronomia, extremófilos e química orgânica, e como essas várias disciplinas ajudam os cientistas e o público compreende melhor o nosso lugar no cosmos.
Aqui, discutiremos o fascinante e misterioso campo dos buracos negros com Dr. Gaurav Khanna, que é professor do Departamento de Física da Universidade de Rhode Island, sobre a importância de estudar buracos negros, os benefícios e desafios, aspectos interessantes do estudo de buracos negros e como os futuros alunos continuarão a estudar buracos negros. Então, qual é a importância de estudar buracos negros?
“A gravidade é a força mais antiga conhecida, mas a menos compreendida da natureza”, diz o Dr. Khanna Universo Hoje. “Para os estudantes da gravidade, os buracos negros estão entre os objetos mais interessantes para estudar porque a gravidade é a força dominante ali – na verdade, é infinitamente forte! Depois, há razões astrofísicas de interesse nos buracos negros. Eles desempenham papéis importantes nas galáxias, talvez até no comportamento em larga escala do universo e muito mais. A outra coisa a notar sobre os buracos negros é que eles são muito “simples”, especialmente quando comparados com estrelas e outros objetos astrofísicos. Isto é uma consequência do chamado teorema do “sem cabelo”, que afirma que os buracos negros podem ser totalmente caracterizados por apenas três atributos – a sua massa, carga e rotação. Essa simplicidade os torna particularmente atraentes para estudo e pesquisa.”
Buracos negros são conhecidos por exibirem uma gravidade tão forte que a luz nem consegue escapar, e embora a teoria de Albert Einstein teoria da relatividade geral em 1915 é frequentemente creditado por propor pela primeira vez o conceito de buracos negros, o conceito de um objeto cujo tamanho e gravidade não permitiriam que a luz escapasse foi proposto pela primeira vez em uma carta de novembro de 1784 pelo filósofo e clérigo inglês John Mitchell. Nesta carta, Mitchell referiu-se a estes objetos como “estrelas escuras”, uma vez que postulou que estrelas cujos diâmetros excedessem 500 vezes o diâmetro do nosso Sol desencadeariam a formação destes objetos. Além disso, ele sugeriu que as ondas gravitacionais que influenciam os corpos celestes próximos permitiriam a detecção desses objetos.
Avançando rapidamente para a teoria da relatividade geral de Einstein, que também previu a existência de buracos negros e ondas gravitacionais, ambos os quais continuaram a ser examinados ao longo do século XX.º século, que inclui o que é chamado de “era de ouro da relatividade geral” durante as décadas de 1960 e 1970. Isto inclui o primeiro objeto aceito pela comunidade científica como um buraco negro, chamado Cygnus X-1, que foi descoberto em 1964. No entanto, foram necessários mais 52 anos para que a existência de ondas gravitacionais fosse confirmada através de uma fusão de buracos negros, que foi realizado pela Colaboração Científica LIGO. Portanto, dada a extensa história combinada com descobertas importantes que ocorreram apenas nos últimos anos, quais são alguns dos benefícios e desafios do estudo dos buracos negros?
Dr. Khanna conta Universo Hoje, “Como afirmei acima, estudar buracos negros, que são uma consequência da teoria da relatividade de Einstein, oferece uma visão sobre a natureza da gravidade, do espaço e do tempo nos níveis mais fundamentais. Como físicos, ainda não desenvolvemos uma compreensão completa da natureza quântica da gravidade, e os buracos negros são a chave para desvendar esse mistério. Quanto aos desafios, eu diria que o mais claro talvez seja que os buracos negros só podem ser observados indiretamente. Ao contrário das estrelas, uma vez que não emitem radiação, é difícil para os astrónomos recolher dados sobre elas. Na melhor das hipóteses, podemos observar a sua influência no ambiente (como gás, estrelas, etc.) e inferir as suas propriedades e comportamento. Do lado teórico, embora seja verdade que os buracos negros são muito “simples” em comparação com as estrelas, ainda existem desafios. A matemática e a física que os descrevem são bastante avançadas e até mesmo as simulações de computador que os envolvem são desafiadoras, exigindo enorme poder de processamento e memória.”
Embora tenham passado mais de 100 anos entre a introdução da sua teoria da relatividade geral por Einstein em 1915 e a confirmação das ondas gravitacionais em 2016, foram necessários apenas mais três anos para os astrónomos publicarem a primeira imagem direta de um buraco negro no centro do planeta. Mais Messier 87 galáxia. Os resultados foram publicado em As cartas do jornal astrofísico e com base em observações feitas em 2017 pelo poderoso Event Horizon Telescope (EHT). Enquanto Messier 87 está localizado a aproximadamente 53 milhões de anos-luz da Terra, o hipotético buraco negro mais próximo, Gaia BH1, está localizado a aproximadamente 1.560 anos-luz da Terra. Em 2022, os astrônomos publicaram uma imagem direta de Sagitário A*, que é o buraco negro supermassivo no centro da nossa galáxia, a Via Láctea.
Além disso, os cientistas levantam a hipótese de que o número de buracos negros na nossa Galáxia, a Via Láctea, é de centenas de milhões, apesar de apenas algumas dezenas de buracos negros conhecidos terem sido confirmados, até agora. Mas quais são os aspectos mais interessantes sobre os buracos negros que o Dr. Khanna estudou durante sua carreira?
Dr. Khanna conta Universo Hoje“Suponho que provavelmente me referiria ao meu trabalho recente sobre como os buracos negros em rotação muito rápida tentativa de ‘deixar o cabelo crescer’, mas acaba falhando. O projeto é interessante porque parece sugerir uma violação do teorema “sem cabelo” que mencionei anteriormente, mas em última análise não o faz. Então, é provocativo, mas depois alivia! Mais importante ainda, estamos agora a utilizar o contexto principal dessa investigação para desenvolver uma nova ‘assinatura observacional‘ ou testar buracos negros de rotação rápida, também conhecidos como buracos negros quase extremos. Esses buracos negros têm diversas propriedades e aspectos peculiares e são uma área de pesquisa ativa.”
Os buracos negros são estudados por astrônomos, físicos e astrofísicos, que usam uma combinação de teoria e observações para construir a aparência dos buracos negros e, em casos raros, conforme discutido, obtêm imagens diretas deles. Em relação à teoria, os pesquisadores usam cálculos matemáticos e modelos de computador para simular a aparência dos buracos negros e, em seguida, usaram poderosos telescópios terrestres como o EHT para obter as poucas imagens diretas dos buracos negros. É importante notar que estas imagens diretas não capturam o buraco negro em si, mas os gases que circundam o buraco negro. Horizonte de eventos, ou a fronteira não oficial onde a luz não consegue escapar do buraco negro. Mas que conselho o Dr. Khanna pode oferecer aos futuros alunos que desejam continuar estudando buracos negros?
Dr. Khanna conta Universo Hoje, “Eu lhes ofereceria muito incentivo! Há muito o que fazer neste espaço e muitos mistérios para resolver. Novas observações abrirão muitas novas portas e novos caminhos para a pesquisa. Este é um dos melhores momentos para ser um astrofísico de buraco negro!”
O Dr. Khanna continua: “A única coisa que eu poderia dizer que talvez não seja tão enfatizada em outros lugares é sobre a computação como uma ferramenta para estudar buracos negros. Principalmente, há grande ênfase no aprendizado de matemática avançada como base para pesquisas sérias em buracos negros – e por boas razões – que continua a ser crítica para todos os estudantes da teoria da relatividade de Einstein, que é a base da física dos buracos negros. Nos últimos anos, as simulações computacionais avançaram rapidamente e agora é possível fazer grandes descobertas sobre questões profundas usando ferramentas computacionais. No longo prazo, a programação de computadores seria uma ferramenta muito promissora para o avanço da pesquisa neste campo e em muitos outros também.”
Como é que os buracos negros nos ajudarão a compreender melhor o nosso lugar no Universo nos próximos anos e décadas? Só o tempo dirá, e é por isso que fazemos ciência!
Como sempre, continue fazendo ciência e olhando para cima!
Fonte: InfoMoney
