O que são buracos negros, como o M87*, que ganhou versão mais nítida

O g1 conversou com especialistas e listou 10 perguntas para entender o que a ciência sabe e ainda falta descobrir sobre esses misteriosos e fascinantes fenômenos do espaço. O que é um buraco negro?
Nesta quinta-feira (13), uma equipe de cientistas divulgou uma imagem mais nítida de M87*, o primeiro buraco negro a ser registrado na história da astronomia. O trabalho contou inclusive com a participação de uma brasileira, a astrofísica Lia Medeiros.
Mas para quem não é um astrofísico, um cientista da Nasa ou estudioso do fenômeno, o tema dos buraco negros é uma fonte de dúvidas.
Comparação entre as duas imagens. Na esquerda, foto original de 2019 de M87*. Na direita, a foto reconstruída.
EHT/PRIMO/INSTITUTE FOR ADVANCED STUDY
Por isso, o g1 ouviu especialistas no tema para entender o que são, de fato, esses corpos celestes e por que até mesmo os pesquisadores que os estudam têm inúmeras questões sem respostas sobre seu funcionamentos, visto que eles desafiam as leis da física que conhecemos hoje.
Nessa reportagem você vai entender, em 10 perguntas, o que sabemos sobre esses fenômenos.
O que é um buraco negro?
Quais são os tipos de buracos negros?
O buraco negro é mesmo um buraco?
Por que dizemos que os buracos negros desafiam as leis da física?
Quantos buracos negros existem no Universo? Quantos temos na Via Láctea?
Qual é o buraco negro mais distante já descoberto?
O que há dentro de um buraco negro?
O que é o M87* e onde ele está?
A Terra pode ser algum dia engolida por um buraco negro, como o M87*?
O que podemos aprender estudando a imagem de buracos negros?
1 – O que é um buraco negro?
Um buraco negro é uma espécie de abismo cósmico que suga para si tudo o que se aproxima – a uma determinada distância – dele.
Nem mesmo a luz escapa de ser atraída por esses objetos. Por isso que os buracos negros são, de fato, negros.
E isso acontece porque a atração gravitacional desses corpos é extremamente forte.
Primeira imagem nítida do campo magnético de um buraco negro ao centro da galáxia Messier 87.
EHT Collaboration
“Um grande mal-entendido é que os buracos negros ‘sugam’ seus arredores. Isso não acontece: coisas podem cair em um buraco negro, mas apenas quando estão perto dele”, explica ao g1 Jakob van den Eijnden, astrofísico e pesquisador na Universidade de Oxford.
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2 – Quais são os tipos de buracos negros?
Existem três tipos catalogados pelos astrônomos: buracos negros estelares, buracos negros intermediários e buracos negros supermassivos.
Os buracos negros estelares são os menores. Eles são formados quando uma estrela massiva morre, numa explosão chamada de supernova. Geralmente têm uma massa (a quantidade de matéria de um objeto) entre 10 e 100 vezes maior que o Sol.
Já os intermediários – entre 100 e 100 mil vezes a massa do Sol – não são muito comuns. É tão difícil encontrá-los que alguns cientistas questionam se esses de fato existem. Mas no ano passado, um grupo pesquisadores apresentou um trabalho sobre a descoberta de um deles.
Por fim, os supermassivos habitam o centro da maioria das galáxias do Universo, e geralmente surgem após a formação de suas galáxias, engolindo tudo o que veem pela frente. Como o próprio nome sugere, eles são um dos objetos mais pesados do espaço, com massas que variam de milhões a bilhões de massas solares.
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3 – O buraco negro é mesmo um buraco?
NÃO, um buraco negro não é um buraco.
Albert Einstein previu pela primeira vez a existência de buracos negros em 1916, mas foi somente em 1967 que o termo foi cunhado pelo astrônomo americano John Wheeler.
O termo se refere ao fato de que tudo que é atraído pela força da gravidade para um buraco negro fica preso “dentro” dele e parece desaparecer, tal como num buraco.
“[Nos buracos negros] temos uma situação que nem a luz escapa. Então, a matéria vai ser atraída e vai cair como se estivesse caindo num buraco, numa caçapa. Por isso, esse nome buraco foi dado metaforicamente”, diz o astrofísico e docente da FEI, Cássio Barbosa.
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4 – Por que dizemos que os buracos negros desafiam as leis da física?
Quando qualquer objeto cruza o horizonte de eventos de um buraco negro, ou seja, a “borda” deles, ele não tem mais escapatória.
A gravidade é tão intensa nesse ponto que esse objeto passa por um processo conhecido como espaguetificação: ele é dilacerado pelo campo gravitacional do buraco negro num formato que lembra um espaguete, em formas finas e alongadas.
Concepção artística mostra uma estrela sendo devorada por um buraco negro.
ESO/M. Kornmesse
Isso acontece porque ao centro do buraco negro temos um ponto tão pequeno e massivo que sua densidade chega ao infinito, o que é algo inexplicável pela física e matemática atual.
Esse coração do buraco negro, chamado de singularidade, é onde o espaço e tempo deixam de existir como os conhecemos atualmente.
“O que desafia as leis da natureza não são os buracos negros que são bem descritos pela relatividade geral, mas a singularidade”, destaca George Matsas, professor de Física da UNESP.
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5 – Quantos buracos negros existem no Universo? Quantos temos na Via Láctea?
Segundo o Space Telescope Science Institute, o centro científico de operações dos telescópios Hubble e James Webb, existem tantos buracos negros no Universo que é impossível contá-los.
É como contar os grãos de areia de uma praia. A conta é inimaginável. Para se ter ideia, os cientistas estimam que um buraco negro estelar nasce a cada segundo.
Infraestruturas dos Observatórios de Mauna Kea, no Havaí, que faz parte do Event Horizon Telescope.
J. Weintroub/ESO
E “por aqui”, o Sagittarius A* não está sozinho. A estimativa é que existam 100 milhões de buracos negros na Via Láctea.
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6 – Qual é o buraco negro mais distante já descoberto?
Segundo a Nasa, o buraco negro supermassivo mais distante já descoberto faz parte de um quasar chamado J0313-1806, um objeto tão luminoso quanto uma estrela, por isso chamado de “quase estelar”.
Ele está a 13 bilhões de anos-luz de distância da Terra e é cerca de 1,6 bilhão de vezes maior que o nosso Sol.
“Observar um quasar muito distante significa não só ver indiretamente um buraco negro, mas também um buraco negro muito antigo, já que a luz tem velocidade finita. Se J0313-1806 está a 13 bilhões de anos-luz de distância da Terra, significa que a foto que registramos hoje é de como o quasar era há 13 bilhões de anos atrás”, diz Matsas.
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7 – O que há dentro de um buraco negro?
Esse é um dos grandes mistérios da ciência. Nas palavras da cientista Andrea Gehz – que investiga buracos negros e foi uma das vencedoras do Nobel de Física de 2020 pelo seu trabalho – ninguém sabe.
“Não temos nenhuma ideia do que há dentro do buraco negro – eles são o colapso do entendimento das leis da física”, declarou Gehz.
O astrofísico van den Eijnden explica que muitas coisas permanecem desconhecidas quando o assunto é buraco negro. Um campo de estudo ativo, por exemplo, é o que investiga o que acontece com um material quando ele cai num buraco negro: como é, quais são suas propriedades e por que parte desse material é lançado para o espaço na forma de jatos.
“De fato, esses processos que acontecem perto do horizonte de eventos são difíceis de observar e, portanto, pouco compreendidos”, observa o pesquisador.
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8 – O que é o M87* e onde ele está?
O M87* é um gigantesco buraco negro localizado no coração da galáxia Messier 87 (M87), que fica a 55 milhões de anos-luz de distância da Terra.
Ele é classificado como um buraco negro supermassivo.
A título de comparação, Sagitário A*, o buraco negro do centro da nossa galáxia, revelado em uma foto do ano passado, tem uma massa aproximadamente quatro milhões de vezes a massa do nosso Sol. Já o M87* é mais de mil vezes mais massivo que Sagitário.
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9 – A Terra pode ser engolida por um buraco negro? Seria o M87* uma ameaça?
Os buracos não vagam por aí no espaço, engolindo tudo o que encontram pela frente.
A Nasa explica que, assim como outros objetos no espaço, eles seguem as leis da gravidade.
Por isso, a órbita de um teria que estar muito próxima do nosso sistema solar para afetar a vida aqui na Terra, o que não acontece, nem com o M87* nem mesmo com o Sgr A*.
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10 – O que podemos aprender estudando a imagem de buracos negros?
Com base na nova imagem de M87*, os cientistas agora esperam determinar com mais precisão a massa desse objeto, bem como os parâmetros físicos que determinam sua aparência atual.
O astrofísico e pesquisador da Universidade de Oxford explica também que buracos negros como o Sgr A* estão tão perto de nós (quando comparado com outros buracos negros), que podemos estudá-lo mesmo se somente pequenas quantidades de material estejam caindo dentro dele.
E é justamente isso que acontece com esse objeto ao centro da nossa Via Láctea. A título de comparação, o M87 tem uma taxa muito maior de material que é absorvida.
Por isso, ressalta Van den Eijnden, podemos estudar o que acontece nos arredores desse buraco negro de uma forma que não podemos observar em nenhum outro lugar do universo.
“Estudar buracos negros em geral nos permite estudar física nas circunstâncias mais extremas, que são tão extremas que não podemos recriá-las em um laboratório na Terra”.
(VÍDEO: Telescópio registra estrela sendo engolida por buraco negro.)
Telescópio registra estrela sendo engolida por buraco negro