A 'dança de buracos negros' que comprova teorias de Einstein e Stephen Hawking

A movimentação acontece duas vezes a cada 12 anos ? veja o que cientistas conseguiram demonstrar com a observação de uma delas.

Astrônomos conseguiram comprovar as principais previsões das teorias de Albert Einstein sobre a relatividade estudando a maneira como dois buracos negros se movem.

Um desses objetos é um verdadeiro colosso — um buraco que pesa 18 bilhões de vezes a massa do nosso Sol; o outro não é tão grande assim, com "apenas" 150 milhões de massas solares.

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Os cientistas conseguiram prever suas interações com muita precisão. Para isso, eles fizeram cálculos incluindo os efeitos de distorção no espaço-tempo gerados pelos buracos e considerando que o buraco maior tinha uma "superfície" lisa.

O emparelhamento de buracos negros, conhecido como OJ 287, fica a cerca de 3,5 bilhões de anos-luz da Terra.

Os cientistas há muito conhecem um brilho repentino desse sistema que ocorre duas vezes a cada 12 anos. A explosão de energia é equivalente a um trilhão de sóis acendendo ao mesmo tempo na galáxia hospedeira dos buracos.

A melhor explicação para esse comportamento extraordinário é que o objeto menor está rotineiramente colidindo com um disco de gás e poeira acumulado em seu companheiro maior, aquecendo o material a temperaturas extremamente altas no processo.

Mas essa queima é um tanto irregular. Às vezes, os episódios de clareamento no período de 12 anos ocorrem com apenas um ano de intervalo; outras vezes, com até 10 anos de diferença.

Isso porque há grande complexidade no caminho que o pequeno buraco percorre em torno de seu parceiro — uma complexidade que a equipe de pesquisa agora incorporou em um modelo altamente sofisticado.

"A órbita do buraco negro menor muda de eixo. É por isso que os tempos dos impactos variam", diz Mauri Valtonen, da Universidade de Turku, na Finlândia. "Já em 1996 tínhamos um modelo que previa mais ou menos o que aconteceria. Mas temos cada vez mais precisão", diz ele à BBC News.

Ondas gravitacionais

Um dos parâmetros importantes do modelo atualizado é a energia que irradia para longe do sistema na forma de ondas gravitacionais.

Essas ondulações na estrutura do espaço-tempo — previstas pela teoria da relatividade geral de Einstein — são geradas por corpos em aceleração e, nas circunstâncias supermassivas do OJ 287, exercem uma influência significativa na maneira como o sistema opera.

O grande teste do modelo mais recente ocorreu em 31 de julho do ano passado, quando o aparecimento da queima mais recente foi identificado dentro de 2,5 horas do que as equações haviam previsto.

O evento foi capturado pelo telescópio espacial infravermelho Spitzer, da Nasa (a agência espacial americana), em um momento de sorte, porque o OJ 287 estava do outro lado do Sol em relação à Terra na época e, portanto, fora da vista das instalações terrestres.

O fato de o Spitzer ser um telescópio espacial e estar longe da Terra (160 milhões de km), por outro lado, colocou-o em posição privilegiada para ver o fenômeno.

"Quando verifiquei pela primeira vez a visibilidade do OJ 287, fiquei chocado ao descobrir que Spitzer captou o dia em que se previa o próximo fenômeno", disse Seppo Laine, um cientista da equipe de funcionários da Caltech, nos EUA, que supervisionou a visualização do Spitzer.

"Foi muita sorte podermos capturar o pico desse fenômeno com o Spitzer, porque nenhum outro instrumento feito por humanos foi capaz de alcançar esse feito naquele momento específico".

Outro refinamento do modelo envolveu o aumento de detalhes sobre as características físicas do buraco negro maior. Especificamente, sua rotação.

Cientistas, incluindo Stephen Hawking, desenvolveram o que ficou conhecido como o teorema "sem pelos" dos buracos negros. Isso afirma essencialmente que a superfície, ou "horizonte de eventos", de um buraco negro ao longo de seu eixo de rotação é simétrica - não existem protuberâncias e inchaços.

Diz-se que a observação do OJ 287 é o melhor teste até agora desta ideia. Se houvesse irregularidades graves, o tempo não teria sido previsto com a mesma precisão.

O professor Achamveedu Gopakumar, do Instituto de Pesquisa Fundamental Tata, na Índia, trabalhou na adições das ondas gravitacionais ao modelo, juntamente com a estudante Lankeswar Dey.

O professor falou de sua "alegria" ao ver os dados do Spitzer chegarem. Agora, ele espera que o OJ 287 seja fotografado pelo telescópio Event Horizon (EHT), que produziu a primeira imagem de um buraco negro tirada pela humanidade no ano passado.

"O EHT observou a fonte (do fenômeno) em 2017 e 2018. As outras pesquisas estão suspensas (por causa do coronavírus) e esperamos ter tempo durante 2021", disse ele à BBC News.