Em abril deste ano, a comunidade científica e as pessoas, em geral, comemoram uma grande conquista: a primeira imagem já feita de um buraco negro. Essa foi uma das provas mais concretas da sua existência, afinal ouvimos constantemente notícias sobre alguma novidade envolvendo esses objetos misterioso. Mas você sabe, de fato, o que é um buraco negro?

Se você imagina algo assustador que suga tudo o que encontra pela frente, talvez seja hora de mudar essa visão. Eles são, de fato, objetos muito intrigantes, inclusive para os cientistas, mas isso não significa que sejam uma ameaça.

Conversamos com dois astrofísicos brasileiros para explicar para vocês, de uma forma descomplicada, o que é afinal um buraco negro e qual é a chance de a Terra ser sugada por um.

O que é um buraco negro

Descrever um buraco negro de forma simples é um grande desafio, visto que ele envolve uma série de conceitos e teorias da física. Mas, em poucas palavras, ele é uma consequência da evolução estelar, ou seja, “é o resultado da morte de uma estrela supermassiva”, explica o astrofísico José Dias do Nascimento Júnior, professor do departamento de física da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN) e pesquisador associado do Centro de Astrofísica (CfA) de Harvard.

Para entender melhor esses objetos, é importante entender como eles são formados, em primeiro lugar. Imagine uma estrela muito maior que o Sol. Em seu interior, estão ocorrendo fusões nucleares que criam uma pressão para fora, ao mesmo tempo em que a força da gravidade puxa tudo para dentro. Mas, um dia esse combustível nuclear começa a se esgotar, e a força atuante que resta é a da gravidade. Assim, essa estrela começa a se contrair – caso ela consiga se sustentar, ela se torna uma “anã branca”. Mas se ela tiver uma massa muito maior que o Sol e a sua força gravitacional for suficiente para ela entrar em colapso por completo, ela se torna um buraco negro.

Lia Medeiros, astrofísica e pesquisadora na Universidade do Arizona que participou do projeto que capturou a primeira imagem do buraco negro, descreve esse objeto como sendo uma região do espaço em que o campo gravitacional é extremamente forte. Segundo ela, o que define um buraco negro não é a massa, mas a sua densidade. Para se ter uma ideia do quão denso ele é, a pesquisadora dá o seguinte exemplo: “Se você quisesse fazer um buraco negro da Terra, você teria que pegar a Terra toda e espremê-la ao tamanho de uma uva”. 

Concepção artística de um buraco negro supermassivo. Imagem: NASA/JPL-Caltech

Com uma densidade dessas, resultado da força gravitacional absurda que comprime tudo, dá para se imaginar por que os buracos negros têm essa fama de estar sugando tudo. Nem mesmo a luz consegue escapar dele, o que o torna invisível. “Então, se a luz, que praticamente não tem massa, não consegue escapar, é claro que tudo o que é matéria vai ser engolido por esse buraco negro devido ao intenso campo gravitacional, incluindo átomos e corpos celestes”, explica Nascimento ao Gizmodo Brasil.

Mas, onde estão esses buracos negros? O professor da UFRN conta que os centros das galáxias são lugares que abrigam frequentemente esses objetos e é o que faz a galáxia ficar ali, conectada ao seu centro. E é aí que entra uma questão interessante. Diferentemente do que muita gente pensa, e do que é muitas vezes retratado nos filmes de ficção científica, os buracos negros não são necessariamente um objeto maligno e misterioso que vai sugando tudo impiedosamente.

“Se você tirasse o Sol e no lugar dele colocasse um buraco negro que tivesse a mesma massa que ele, os planetas poderiam estar em órbita em volta desse buraco negro da mesma forma. Se você tiver distância suficiente de um objeto, um buraco negro vai ter o mesmo campo gravitacional que uma estrela da mesma massa”, explica Medeiros. Outro exemplo descrito pela astrofísica é que, neste exato momento, estamos sentindo o campo gravitacional da Terra de forma muito mais intensa do que o do Sol, mesmo a nossa estrela tendo uma massa muito maior que o nosso planeta. Isso mostra que as distâncias também são muito importantes.

Diante disso tudo, considerando que eles são invisíveis e que não podemos nos aproximar de um e voltar para contar a história, como os buracos negros foram descobertos e como os cientistas conseguem detectá-los e estudá-los?

A história dos buracos negros e como foram descobertos

Assim como qualquer campo da ciência, os estudos envolvendo buracos negros não são resultado de um único cientista, mas de muitos pesquisadores espalhados pelo mundo e por diferentes períodos da história. Obviamente, não tem como pegarmos um buraco negro e estudá-lo em um laboratório, da mesma forma que não é possível viajar até um para analisá-lo ou coletar amostras. Portanto, tudo o que sabemos sobre esses objetos hoje é baseado em teorias e observações que foram sendo testadas, contestadas e aprimoradas ao longo dos anos.

O primeiro a utilizar o termo “buraco negro” foi o cientista americano John Wheeler, em 1967. Nas décadas de 50 e 60 ele já falava sobre o colapso das estrelas e estudava as propriedades dos objetos resultantes desses fenômenos. A partir de então, todas as descobertas subsequentes sobre buracos negros provavam cada vez mais que eles eram um produto direto da Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein. A famosa teoria de Einstein diz que corpos com massas muito grandes produzem uma deformação do espaço-tempo, e o astrofísico brasileiro José Dias Nascimento afirma que ela é necessária para explicar buracos negros.

“Quando você deflete a luz, a distância entre dois pontos deixa de ser uma reta, porque o espaço é deformado. O tempo não passa mais da mesma forma. Então, essas são ideias completamente fora do senso comum, são ideias revolucionárias”, diz ele.

Lia Medeiros conta como a própria história do nome do buraco negro localizado no centro da nossa galáxia mostra que sua descoberta foi um acidente. Os astrônomos estavam observando a constelação de Sagitário, identificando cada ponto com as letras do alfabeto (A, B, C e assim por diante) quando perceberam que havia algum objeto dentro dessa constelação que estava emitindo muitas ondas de rádio, mas eles não faziam ideia do que seria.

Sagittarius A*, buraco negro localizado no centro da nossa galáxia. Créditos: raio-X: NASA/CXC/MIT/F. Baganoff et al.; Ilustrações: NASA/CXC/M.Weiss

Com o passar do tempo, os telescópios foram ficando maiores e os cientistas conseguiram observar o céu com uma resolução melhor e, assim, descobriram que havia um pontinho ainda menor próximo a Sagitário A. Por isso, eles acabaram colocando um asterisco no nome para diferenciá-lo. Dessa forma, surgiu o Sagittarius A* (ou Sagittarius A Star, como se lê em inglês) que, na verdade, é um buraco negro.

“Por isso o nome Sagittarius A Star, que obviamente não é uma estrela, mas a gente chama de estrela (“star”) por causa desse asterisco que agora sabemos que é um buraco negro. Isso porque hoje em dia temos uma resolução tão alta que podemos observar estrelas individuais orbitando em volta desse buraco negro”, explica Medeiros.

A astrofísica brasileira participou do projeto que capturou a primeira imagem de um buraco negro e explica a grandiosidade disso. A famosa foto do objeto no centro da galáxia M87 foi resultado da contribuição de cerca de 70 instituições e mais de 200 pessoas espalhadas pelo mundo. Claro que “tirar” essa foto não é tão simples como apertar um botão e imediatamente ver a imagem aparecer em uma tela. Medeiros, que estava dentro da mesma sala no momento em que a primeira imagem foi feita, conta que há muita matemática envolvida nesse processo.

“A gente não coleta uma imagem direto do telescópio, o que acontece é que cada par de telescópio espalhado pela Terra vai medir um dado”, diz ela. Seu papel no projeto foi tentar entender a variabilidade entre as imagens que seriam possíveis dentro dos dados coletados. Assim, ela participou fazendo simulações e modelos para comparar a teoria com os dados.

Antenas do telescópio ALMA, no Chile, que faz parte do projeto Event Horizon Telescope (EHT) que capturou a imagem do buraco negro no centro de M87. Imagem: ALMA Observatory

Nascimento complementa, explicando que “você observa um ponto em diversos comprimentos de onda – no infravermelho, na radiação visível, entre outros – e depois é feita uma adaptação do que seria a combinação disso tudo na imagem visível. Isso é uma coisa grandiosa. A partir desse algoritmo, você acaba revelando coisas que o olho comum não vê”.

Mas, quantos buracos negros existem no universo? Nascimento diz que essa é uma pergunta complicada e difícil de responder. Atualmente, não há um número exato, e muitos pesquisadores trabalham com estimativas. “É como se você fosse olhar para uma floresta e saber que o número de insetos que ela pode ter é um pouco proporcional ao número de árvores. Então, tecnicamente, uma floresta que tem poucas árvores, não pode ter uma quantidade gigantesca de insetos. É um pouco assim que funciona a física. Então, você olha o número de quasares, o número de estrelas de nêutrons, e você tem uma ideia de quantos buracos negros existem. Acredita-se que nos últimos 500 milhões de anos, quando começou o Big Bang, já haveria milhões de buracos negros”.

Ou seja, o buraco negro já vem sendo objeto de estudo de inúmeros pesquisadores há muitos anos. É comum, inclusive, astrofísicos que dedicam toda sua carreira a estudá-los. Mas por que, depois de tanto estudo, eles ainda atraem tanta atenção?

Por buracos negros atraem tanta atenção?

Para os astrofísicos, o fascínio em torno dos buracos negros por parte da comunidade científica se deve ao fato de ele ser um objeto capaz de colocar à prova as teorias formuladas a partir da nossa experiência na Terra, confirmando hipóteses ou indicando novos caminhos.

O que eu acho legal sobre um buraco negro é que o universo deu pra gente um laboratório maravilhoso, um laboratório que a gente nunca poderia fazer aqui na Terra. Um jeito da gente testar a teoria da gravidade e a teoria da física quântica e como a gravidade e a física quântica interagem uma com a outra. A gente não poderia ter imaginado um laboratório melhor pra fazer esse tipo de pesquisa”, afirma Lia Medeiros.

Para José Dias Nascimento Júnior, há um conjunto de características que são extremamente particulares do ponto de vista da física. “Primeiramente, eu destacaria que ele é um produto direto da Teoria da Relatividade Geral do Albert Einstein. Quando Einstein publicou esse postulado que os objetos massivos iriam distorcer o espaço-tempo, automaticamente muitos físicos – até famosos – não aceitaram”.

Simulação de buraco negro criado em laboratório. Crédito: Jeff Steinhauer

Medeiros acredita que é uma experiência bem humana querer entender além da fronteira do nosso conhecimento, ainda mais quando se trata de um objeto capaz de realizar coisas que jamais poderíamos imaginar que fossem possíveis, como mexer com o tempo. Segundo ela, a mídia acaba explorando isso e o resultado são filmes de ficção científica que nem sempre representam a ciência por trás dos buracos negros da forma correta. Entre as questões mais abordadas, por exemplo, é o que acontece quando algo é sugado por um buraco negro. Será que nós vamos mesmo parar em outra dimensão? E qual é a chance de isso acontecer com a Terra?

O que acontece se algo for sugado por um buraco negro?

Por mais que a gente queira saber o que acontece no interior de um buraco negro, Nascimento explica que mesmo os mais próximos estão a distâncias impossíveis de se ter algum tipo de contato. Segundo ele, aconteça o que acontecer em um buraco negro, não estamos nem perto de sentir algum efeito, estando os cientistas limitados à observação indireta. Como tudo na física, os pesquisadores trabalham com modelos e, a partir de muito estudo e cálculos, são criadas teorias.

Segundo Lia Medeiros, “uma vez que um objeto passa para dentro do horizonte de eventos de um buraco negro, nós, como humanos, nunca vamos poder saber nenhuma informação sobre aquele objeto mais. Isso é uma lei do universo – uma vez que uma coisa passa para dentro do horizonte de eventos, nenhuma informação pode sair de lá. Então, é completamente impossível para a ciência algum dia saber o que está acontecendo dentro do horizonte de eventos, de um jeito concreto; não vamos poder testar”.

O que se acredita é que tudo que é sugado é levado para contribuir para a própria estrutura do buraco negro, ele vai aumentando, ficando mais massivo. Quando você passa do limite [horizonte de eventos], é como se fosse uma queda eterna, você cai caindo e nunca chega a lugar nenhum”, diz Nascimento. No entanto, o professor explica que, caso você se aproxime da parte mais interna de um buraco negro, onde as energias são maiores, você acaba sendo desmembrado em várias partículas. De acordo com ele, a única coisa que vai sobrar é a matéria mais fundamental, as partículas subatômicas.

Medeiros diz que há quem diga que essa hipótese de “queda infinita” não está completa e, segundo ela, é possível que a física quântica consiga mudar essa explicação, mas ainda é uma área da ciência muito precoce. “Essa imagem recente foi o mais próximo que conseguimos chegar a um buraco negro porque observamos como a luz se mexe bem próximo do buraco negro – e isso é muito importante porque se a gente consegue saber o que está acontecendo bem na borda dele, talvez isso nos ajude a entender o que está acontecendo lá dentro”. 

Mas, e no caso do nosso planeta? É possível a Terra inteira ser sugada por um buraco negro?

A resposta é simples: não. Além de estarmos a uma distância impossível de um buraco negro se aproximar o suficiente para sugar a Terra, se isso acontecesse, ela não seria “engolida” como uma esfera inteira e intacta, mas seria destruída antes.

“Quando as pessoas fazem essa pergunta, elas não têm ideia de quão grande são essas estruturas. Claro que um buraco negro estando próximo pode sugar tudo o que existe, mas se você pensar que o mais próximo a nós é o que está no centro da Via Láctea, seria impossível sermos sugados porque ele ainda está muito distante. Ou seja, mesmo que acontecesse, isso demoraria uma escala de tempo que é maior que a própria existência da Terra. A Terra seria destruída antes de isso acontecer. As escalas de tempo são totalmente diferentes para esses processos ocorrerem. E a Terra tem uma vida limitada que é menor que essa escala. Se fosse ocorrer, o próprio Sol e a Terra seriam destruídos antes por outras razões”, diz Nascimento.

O buraco negro chamado Cygnus X-1 se formou quando uma grande estrela entrou em colapso. Esse buraco negro puxa matéria da estrela azul próxima a ele. Créditos: NASA/CXC/M.Weiss

Para um cenário catastrófico (mas ainda impossível) em que um buraco negro se aproximasse o suficiente da Terra, Medeiros conta como seria esse processo:

Se tivesse um buraco negro grande o suficiente, que tivesse numa trajetória que fosse passar bem perto da Terra, talvez nosso planeta fosse destruído. Mas seria difícil ele ser sugado por inteiro sem ser destruído antes. O que provavelmente ia acontecer é que a Terra ia ser despedaçada pelo campo gravitacional, aí os pedacinhos começariam a cair lentamente para dentro do buraco negro. Mas, ele teria que estar bem na trajetória certa. A chance de um meteoro fazer isso é muito mais alta”

Ou seja, os buracos negros são, sim, misteriosos, mas não necessariamente uma ameaça. Um deles, inclusive, de acordo com o que se sabe, é o que mantém a nossa galáxia da forma que conhecemos. Além disso, conforme explicam Lia Medeiros e José Dias Nascimento, eles funcionam como um verdadeiro laboratório para física, ajudando a entender melhor sobre nossa própria existência.

“Eu acho que tem muitas coisas boas que podem vir de um buraco negro e nunca nenhum ser humano foi machucado de alguma maneira por esse objeto, ele nunca fez nenhum mal para a humanidade”, diz Medeiros.

Portanto, se algum dia você já chegou a se preocupar com a Terra sendo sugada por um buraco negro, pode dormir tranquilo. Eles não farão mal a ninguém. Talvez, faça mais sentido se preocupar com ameaças mais reais, como a possibilidade de nós mesmos acabarmos com nosso planeta antes de qualquer interferência externa. Buracos negros e meteoros não são apenas improváveis de nos atingirem como também são problemas totalmente fora de nosso controle.

Esperamos que mais pesquisas possam trazer resultados positivos e nos ajude a entender cada vez mais sobre nosso universo e nossa própria existência. Após participar da captura da primeira imagem de um buraco negro, o próximo desafio da astrofísica brasileira Lia Medeiros é criar um vídeo do buraco negro localizado no centro da nossa galáxia. Se já vibramos com a foto, imagina um vídeo? Estamos aguardando ansiosos por esse projeto.