Prêmio Nobel de Física: o que é a singularidade, o coração dos buracos negros onde todas leis da natureza são quebradas

Nesta terça-feira, a Real Academia Sueca de Ciências decidiu reconhecer três cientistas que ao longo dos anos se dedicaram a estudar buracos negros.

Embora suas próprias teorias sugerissem a existência de buracos negros, até o próprio Albert Einstein achava que, na prática, eles seriam muito difíceis de se encontrar.

Os buracos negros, centros de extrema gravidade nas profundezas do cosmos, há anos são um dos problemas que mais geram dores de cabeça e incertezas entre os astrônomos.

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Esta terça-feira (06/10), a Real Academia Sueca de Ciências decidiu reconhecer a importância do tema ao agraciar três grandes especialistas no assunto.

O britânico Roger Penrose, o alemão Reinhard Genzel e a americana Andrea Ghez receberão o Prêmio Nobel de Física em dezembro por suas descobertas sobre buracos negros.

"No caso de Genzel e Ghez, suas contribuições foram conseguir demonstrar por meio de observações astronômicas a existência de um buraco negro supermassivo no centro da nossa galáxia", explica Eduard Larrañaga, físico teórico e professor do Observatório Nacional da Colômbia, à BBC Mundo (serviço em espanhol da BBC).

"No caso de Penrose, embora entendamos que a Academia também o premia pela questão dos buracos negros, sua contribuição para a física vai muito além", acrescenta.

Segundo o físico colombiano, foram as equações e teorias de Penrose que ajudaram os cientistas, há mais de meio século, a entender que os buracos negros previstos pela teoria da relatividade geral de Einstein eram realmente possíveis.

"Embora a teoria da relatividade geral remonte a 1916, até a década de 1950 o assunto não era muito abordado, pois até o próprio Einstein pensava que buracos negros não seriam possíveis na natureza por causa de suas características estranhas", lembra.

O físico colombiano conta que, na década de 1950, alguns alunos de Einstein começaram a fazer alguns cálculos para explicar como uma estrela, ao morrer, poderia dar origem a um buraco negro.

"Porém, os cálculos que se faziam naquela época partiam do pressuposto de que a estrela era totalmente esférica, mas isso é uma idealização do problema, porque na realidade as estrelas não são assim", diz Larrañaga.

"O que Penrose faz é mostrar que mesmo estrelas que não tinham um comportamento totalmente esférico, mas tinham perturbações, poderiam sofrer um processo de colapso que levaria à formação de um buraco negro", acrescenta.

Assim, diz ele, a teoria de Penrose provou a possibilidade da existência na natureza desses objetos misteriosos.

Segundo o acadêmico colombiano, Penrose também contribuiu para a física com notáveis desenvolvimentos sobre gravitação e cosmologia, mas sua contribuição para o estudo dos buracos negros não concluiu o debate sobre a origem deles.

O ganhador do Prêmio Nobel considerava que em alguns pontos do universo e, principalmente no centro dos buracos negros, havia certas "singularidades" que, de alguma forma, questionavam todas as leis da física.

Anos depois, seu teorema sobre as singularidades seria aplicado por seu discípulo, Stephen Hawking, para compreender também o momento do Big Bang.

Mas, do que se trata tudo isso?

Singularidade

Segundo Larrañaga, Penrose partiu do entendimento de que existem certos pontos, ou condições do espaço-tempo, onde a física para de funcionar.

Ou seja, onde as leis que acreditamos ser universais não se aplicam.

"Por exemplo, um buraco negro. Você sabe que um buraco negro é um objeto com enorme gravidade. Por que ele tem enorme gravidade? Porque tem muita massa. E acontece que essa massa está concentrada em uma região muito pequena. Toda essa massa chegou a um ponto. Então, nesse ponto a gravidade é infinita, a densidade é infinita e muitas outras quantidades físicas chegam ao infinito", explica.

Segundo o cientista, quando isso acontece, esses "infinitos" não podem ser tratados com a matemática normal: "Qualquer equação com infinitos deixa de fazer sentido", diz ele.

Isso, diz ele, dá origem a essas "singularidades" no espaço-tempo.

"É o ponto do universo em que as equações da física param de funcionar, por algum motivo. Normalmente é porque as quantidades físicas como a massa ou a densidade crescem, vão para o infinito", diz ele.

É o que acontece, segundo o cientista, no centro dos buracos negros.

Lá "toda a massa é acumulada, então a densidade é infinita. Nesse ponto, as equações da física da relatividade geral não funcionam", ressalta.

Segundo Larrañaga, a singularidade é então aquele ponto central dos buracos negros onde se concentra toda a massa.

"É o coração, o cerne do buraco negro, onde a densidade é infinita e por isso as equações da física não funcionam, porque onde aparece a densidade tudo cresce. Aí as equações param de funcionar", argumenta.

O físico colombiano lembra que essa abordagem foi fundamental, pois ajudou a entender tanto os buracos negros quanto processos cosmológicos como o Big Bang.

No entanto, ele explica que sua complexidade e o que isso implica para a física são tão grandes que muitos cientistas questionam sua existência.

"Há muitos físicos hoje que acreditam que singularidades não existem, porque se as aceitarmos, as leis da física entram em colapso ali", diz ele.

"Portanto, quando nós, como físicos, aceitamos singularidades, estamos aceitando que a física tem um limite."