Este ano o Prémio Nobel de Física foi atribuído a três cientistas pelo seu trabalho em buracos negros. O cosmólogo britânico Roger Penrose receberá metade do prêmio, com a metade restante dividida entre o astrofísico alemão Reinhard Genzel e a astrofísica americana Andrea Ghez. Ghez é apenas a quarta mulher na história a receber o venerável prêmio de física.
“O prêmio deste ano é sobre os segredos mais sombrios do universo”, disse Göran K. Hansson, secretário-geral da Real Academia Sueca de Ciências, em um evento para a imprensa. A academia reconheceu Penrose por sua “descoberta de que a formação de buracos negros é uma previsão robusta da teoria geral da relatividade”, acrescentou Hansson, enquanto Ghez e Genzel foram premiados “pela descoberta de um objeto compacto supermassivo no centro de nossa galáxia”
Buracos negros são regiões do espaço nas quais a força da gravidade é tão forte que nem mesmo a luz pode escapar”. Para criar um, disse Ulf Danielsson, um físico do Comitê Nobel de Física, no evento, “você precisaria comprimir o sol em uma região de apenas alguns quilômetros em acréscimos – ou para espremer a Terra até o tamanho de uma ervilha”. No coração de cada buraco negro estaria uma “singularidade”, um ponto em que a gravidade espreme a matéria até à densidade infinita, envolta por um “horizonte de eventos” para além do qual qualquer coisa que caísse não poderia regressar ao universo exterior mais amplo. Embora os cientistas tivessem especulado sobre sua existência por séculos, não estava claro se tais objetos extremos poderiam ocorrer na realidade. Mesmo Albert Einstein – cuja teoria geral da relatividade forma a base moderna para compreender os buracos negros – duvidou da sua existência.
Mas em 1965 Penrose, um físico que trabalhou com Stephen Hawking e é agora professor emérito na Universidade de Oxford, matematicamente “mostrou que os buracos negros poderiam realmente existir, formando num processo estável e robusto” consistente com as teorias de Einstein, disse aos repórteres David Haviland, físico do KTH Royal Institute of Technology na Suécia e presidente do comité para o prémio de física.
“Penrose e Hawking provaram que, para estrelas de certo tipo, os buracos negros são um resultado praticamente inevitável do colapso estelar”, diz Sabine Hossenfelder, uma física teórica do Instituto de Estudos Avançados de Frankfurt, na Alemanha. Antes desse trabalho pioneiro, a maioria dos físicos pensava que os buracos negros eram meras curiosidades matemáticas que aparecem na relatividade geral, mas que não existiriam na realidade”. Em vez disso, descobriu-se que os buracos negros são difíceis de evitar no colapso estelar e que o universo deveria estar cheio deles…. A história da descoberta dos buracos negros demonstra vividamente como a matemática pura pode ser poderosa na busca de compreender a natureza”
O trabalho do buraco negro de Penrose não se limitou a provar a sua possibilidade sob a relatividade geral, observa Avi Loeb, astrofísico da Universidade de Harvard e diretor de sua Iniciativa Buraco Negro. Penrose também mostrou como extrair energia dos buracos negros girando – o chamado processo Penrose, que pode desempenhar um papel importante na alimentação dos quasares, os objetos ultraluminosos ligados a buracos negros vorazes nos núcleos de galáxias antigas distantes. E a “hipótese de censura cósmica de Penrose”, diz Loeb, “salva a nossa capacidade de prever o futuro em todo o universo da patologia das singularidades associadas aos buracos negros, onde a teoria de Einstein se decompõe…. Tal como em Las Vegas, ‘o que quer que aconteça dentro do horizonte de eventos, fica dentro do horizonte de eventos'””
Enquanto Penrose, Hawking e outros teóricos estavam a codificar os fundamentos físicos dos buracos negros, astrónomos observacionais estavam a procurar e a estudar estes objectos exóticos com cada vez mais detalhe.
Uma descoberta revolucionária começou a surgir nos anos 90. Genzel – diretor de astronomia infravermelha do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre em Garching, Alemanha – e Ghez – professor na Universidade da Califórnia, Los Angeles – foram cada um deles liderando uma equipe de pesquisa independente usando telescópios infravermelhos potentes aumentados com ótica adaptativa para penetrar no coração envolto em poeira da Via Láctea. Lá, ambas as equipas testemunharam estrelas a invadir uma misteriosa fonte central escura, um objecto invisível que os movimentos das estrelas sugeridas devem conter a massa de quatro milhões de sóis. “Não há outra explicação além de um buraco negro supermassivo”, disse Danielsson.
Observações subseqüentes, principalmente do Telescópio Espacial Hubble, revelaram que tais buracos negros com pontas escalonadas se escondem nos centros da maioria das grandes galáxias do universo observável. Esta observação indica que estes objetos, longe de serem meros arcanos astrofísicos, são talvez os blocos de construção mais cruciais do universo para estruturas cósmicas em larga escala.
“A ciência é tão importante, e apresentar a realidade do nosso mundo físico é crítico para nós como seres humanos”, disse Ghez em uma entrevista com repórteres depois de saber do seu prêmio. “Não temos ideia do que está dentro dos buracos negros…. Eles realmente representam a ruptura do nosso entendimento das leis da física. Isso faz parte da intriga – ainda não sabemos”
As equipes de Genzel e Ghez continuam a fazer novas descobertas sobre o buraco negro central supermassivo da Via Láctea, apelidado de Sagitário A*, tais como nós de gás superaquecido que se inflamam em espiral e se transformam em esquecimento. Novas instalações, incluindo o Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) e o Virgo interferometer, estão estudando a fusão de pares de buracos negros, detectando suas emissões de ondulações no espaço-tempo chamado ondas gravitacionais. E as observações de rádio contínuas de Sagitário A*, assim como as investigações de outro objeto supermassivo na galáxia vizinha M87 feitas pelo Telescópio Horizontal de Eventos Globais (EHT), estão gerando imagens revolucionárias de close-up desses monstros cósmicos.
“Todas essas técnicas revolucionárias nos aproximam mais do que nunca do limite do desconhecido, oferecendo novas maneiras de estudar os objetos mais misteriosos do cosmos e testar nossas teorias mais fundamentais”, diz Sheperd Doeleman, diretor fundador do EHT. “Os resultados dos últimos anos nos permitiram fazer perguntas que nunca poderíamos ter formulado antes”. Mas o mais importante, eles nos permitem sonhar em grande. O trabalho celebrado hoje pelos Prémios Nobel é transformador, e o futuro dos buracos negros, como dizem, é brilhante!”
“Esta não é apenas uma velha aventura a chegar à sua conclusão triunfante”, disse Danielsson. “É um novo começo. À medida que nos aproximamos cada vez mais dos horizontes dos buracos negros, a natureza pode ter novas surpresas pela frente””