De todos os objectos no Cosmos...
planetas...
estrelas...
galáxias...
nenhuns são tão estranhos,
misteriosos,
ou poderosos...
... como os buracos negros.
Os buracos negros são as coisas mais impressionantes do Universo.
Podem engolir uma estrela inteira.
Os buracos negros têm uns jactos poderosos capazes de expelir matéria.
- Descobertos inicialmente no papel... -- nas costas de um envelope --,
PETER GALISON com uns rabiscos de caneta...
... a solução bizarra para uma equação aparentemente sem solução...
Um enigma matemático...
O próprio Einstein não foi capaz de aceitar os buracos negros como reais.
As pessoas, durante muitos anos, não acreditaram que eles existiam.
A Natureza não funciona dessa forma.
No entanto, pouco a pouco, à medida que os cientistas investigavam os buracos negros,
observando o efeito que eles têm
no ambiente que os rodeia,
a evidência começou a acumular-se...
Aquilo é a prova de um buraco negro.
Milhões de vezes a massa do Sol.
Descobertas de ponta mostram...
Conseguimos!
... os buracos negros são perfeitamente reais.
Eu achei que era uma loucura.
Eu disse: "Santa m...a!"
Mas o que são exactamente?
Se pudéssemos visitar um, o que veríamos?
Com o seu imenso poder, será que os buracos negros, de alguma forma, moldam
a própria estrutura do Universo?
Será possível que pudéssemos não existir sem eles?
É uma longa viagem.
"O Apocalipse do Buraco Negro"
Agora, na NOVA.
Há objectos apocalípticos no Universo,
motores de destruição,
ameaçadores e misteriosos.
Buracos negros.
Até os cientistas que os estudam . .
os consideram espantosos. . .
Os buracos negros podem, de algum modo, surpreender-nos.
Surpreende-me que estes objectos existam mesmo.
Os buracos negros desafiam a nossa compreensão da Natureza.
Os buracos negros são o maior mistério do Universo.
São totalmente invisíveis...
e, no entanto, têm um poder inimaginável.
São capazes de reduzir uma estrela a farrapos.
Os buracos negros comerão tudo o que lhes apareça no caminho.
É melhor evitá-los a todo o custo.
Os buracos negros até abrandam o tempo.
Outrora considerados demasiado estranhos para serem reais...
os buracos negros estilhaçam a nossa própria compreensão da Física.
Mas estamos a aprender que eles podem, de algum modo, ser necessários
para que o Universo que conhecemos exista.
[Os buracos negros] podem perfeitamente ser os elementos-chave do Universo.
O que são estes objectos estranhos, poderosos,
chocantes e surpreendentes?
Onde é que estão e como é que controlam o Universo?
A pesquisa dos buracos negros está em curso.
E vai ser uma viagem desenfreada pelo Cosmos,
a lugares onde tudo o que pensamos saber é posto em causa --
onde o espaço, o tempo e, até a realidade, são mais estranhos do que a ficção.
E começamos essa viagem num lugar muito improvável:
aqui, numa localização remota, no estado de Washington,
onde -- pela primeira vez --
uma nova experiência radical detectou buracos negros.
OBSERVATÓRIO HANFORD
Teve origem há mais de 50 anos,
quando alguns cientistas visionários
imaginaram uma tecnologia que ainda não tinha sido inventada...
em busca de algo que ninguém tem a certeza de poder ser encontrado.
A experiência é ousada e arriscada.
O fracasso poderia marcar as suas vidas para sempre.
Mas eles não fracassam.
Aqui mesmo, nestas instalações,
eles fazem uma descoberta notável.
14 DE SETEMBRO DE 2015
Na madrugada de 14 de Setembro de 2015,
gravam uma mensagem.
Parece e soa assim...
Apenas um pequeno chilrear.
Mas esse chilrear é épico, monumental.
O sinal viajou mais de mil milhões de anos-luz para chegar até nós.
Começou longe, muito longe.
E o que nos diz é isto:
algures no Cosmos, há mais de mil milhões de anos,
dois buracos negros orbitam um em torno do outro, num encontro fatal.
Aproximam-se cada vez mais,
rodopiando cada vez mais depressa,
até que, finalmente, colidem um com o outro.
Os buracos negros criam ondas que se propagam para fora.
Tal como vibrações num tambor,
um ressoar no tecido do próprio espaço.
A colisão cria uma explosão enorme,
emitindo 50 vezes mais energia do que todo o Universo visível.
Emite uma onda que não é de calor, nem de luz, nem de som,
mas... de gravidade.
Esta onda gravitacional move-se pelo Universo . .
à velocidade da luz. . .
A onda corre pelas estrelas...
Na jovem Terra, os supercontinentes estão a formar-se.
Organismos microscópicos acabam de aparecer.
espraiando-se por uma galáxia após a outra, após outra...
Os dinossauros vagueiam pela Terra.
A onda continua a mover-se.
Acelera através de nuvens de poeira.
E então aproxima-se da Via Láctea.
A Idade do Gelo está a começar.
Nós somos trogloditas, a fazer desenhos em cavernas.
A onda alcança estrelas próximas.
Albert Einstein está no sexto ano.
A onda está tão próxima como a Alfa do Centauro.
À meia-noite de 13 de Setembro de 2015,
está tão próxima como Saturno.
Por fim, mil milhões de anos depois da colisão dos buracos negros,
a onda chega até nós.
Atinge um par de novos observatórios revolucionários --
os locais da ousada experiência.
Isto é o LIGO,
o Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferómetro Laser. . .
À experiência que já dura há 50 anos saiu, finalmente, a taluda . .
e abriu um caminho completamente novo à exploração do Universo.
Durante 400 anos, quase tudo o que observámos no espaço
chegou até nós sob alguma forma de energia electromagnética.
Este pequeno chilrear é diferente.
O que chega à Terra em Setembro de 2015
é uma onda gravitacional --
um encolher e um esticar do próprio tecido do espaço.
Não emitiu nenhuma luz;
nenhum telescópio poderia alguma vez ter visto a colisão.
Precisávamos de um tipo completamente novo de observatório para a detectar.
Essa onda é um indício novo e directo
de um dos mais estranhos mistérios no nosso Universo:
os buracos negros.
Muitos de nós já ouvimos falar dos buracos negros.
São invisíveis, poderosos...
Estamos a falar de coisas que têm mil milhões de vezes a massa do Sol.
Bizarros.
Entidades físicas
com uma densidade infinita.
Sem início e sem fim.
Eles atraem coisas.
E distorcem a luz.
Aproximemo-nos de um... e o próprio tempo começa a mudar.
A gravidade é tão intensa que um relógio a funcionar
irá andar mais devagar.
O tempo tornar-se-nos-á tão lento,
que poderemos contemplar todo o futuro do Universo
a desenrolar-se diante dos nossos olhos.
Se caíssemos lá dentro, seríamos comprimidos até ficarmos tão finos como esparguete.
Seríamos extrudidos através do tecido do espaço e do tempo
como pasta de dentes a sair pelo tubo.
Actualmente, sabemos mais sobre buracos negros do que nunca.
Mas quanto mais aprendemos, mais misteriosos eles se tornam.
São os objectos mais exóticos do Universo.
Não temos a Física para os descrever. . .
Não importa quão bem os compreendamos, . .
eles permanecem, em certa medida, inacessíveis. . .
SOBRECARGA DO SISTEMA
Agora, o homem está prestes a entrar... no buraco negro!
O BURACO NEGRO
Os buracos negros têm uma reputação de grande ferocidade.
E se querem um vilão para um filme de ficção científica, contratem um buraco negro.
Mas, de facto... o que é exactamente um buraco negro?
E de onde é que eles vêm?
Podem pensar que um buraco negro é assim...
... um objecto.
Mas não é.
É um buraco no tecido do espaço.
Um lugar onde não há nada... nada excepto gravidade,
gravidade na sua máxima intensidade... esmagadora.
Portanto, se os buracos negros têm tudo a ver com a gravidade,
gravidade levada ao extremo --
o que é exactamente a gravidade?
CAFÉ DA GRAVIDADE
ABERTO
Todos estamos familiarizados com a gravidade.
Sim, é Sexta-feira.
Governa as nossas vidas.
Mas ainda assim, durante muito tempo, . .
a forma como a gravidade realmente funciona . .
foi um dos maiores mistérios.
Há mais de 300 anos,
Isaac Newton sentia-se fascinado pelo comportamento de objectos em movimento.
Ele acabou por descobrir as suas leis do movimento.
Elas funcionam tão bem que ainda hoje as usamos.
Descolagem, tivemos a descolagem às 09:34.
Mas as leis de Newton apenas conseguem descrever os efeitos da gravidade,
não conseguem explicar o que ela é.
E é aqui que entra Albert Einstein.
Tal como Newton, ele pensa em objectos em movimento.
E interroga-se sobre o que é, ao certo, a gravidade.
É uma força?
Ou poderia ser outra coisa?
O que intriga Einstein é isto:
Peguem nesta maçã.
Eu não posso movê-la se não lhe tocar.
Mas se eu deixar cair a maçã...
... ela move-se em direcção à Terra.
Mas e se eu retirar a minha mão,
e o chão, e a cave e o andar debaixo disso?
O que acontece então?
A maçã simplesmente continua a cair.
Einstein apercebeu-se de que a gravidade
tem algo a ver com a queda.
Agora, se eu atirar a maçã,
ela cai ao longo de uma trajectória curva.
Mas imaginem que eu conseguia fazer com que a maçã se movesse muito mais depressa.
Se acabar por conseguir fazer com que a maçã se mova muito, muito depressa --
digamos que a uns 27 000 quilómetros por hora,
a sua trajectória curva ajusta-se à curvatura da Terra.
A maçã está em órbita, em queda livre,
tal como a Estação Espacial Internacional
e os astronautas que lá vão dentro.
Segundo Einstein,
a maçã, a estação espacial e os astronautas --
estão todos em queda livre, seguindo uma trajectória curva no espaço.
E o que faz essa trajectória ser curva?
A massa da Terra.
Einstein brindou-nos com um conceito extremamente simples,
que é o de que o espaço e o tempo são vergados pela Terra, . .
pelo Sol e por todos os objectos do mundo. . .
Portanto, segundo Einstein,
a massa de qualquer objecto...
... faz com que o espaço à sua volta se encurve.
E essa era a concepção de Einstein.
Já não há forças.
Há apenas objectos a encurvar o espaço-tempo
e outros objectos a seguirem a linha mais recta através dele.
Todos os objectos em movimento seguem as curvas do espaço.
Então, como é que a Terra move a maçã sem tocar nela?
A Terra curva o espaço
e a maçã cai livremente ao longo dessas curvas.
Isso, segundo a teoria da relatividade geral de Einstein,
é a gravidade: espaço encurvado.
E essa compreensão da gravidade --
a de que um objecto faz com que o espaço à sua volta se curve --
conduz directamente a buracos negros.
Mas não é Albert Einstein quem primeiro faz a ligação
entre gravidade e buracos negros.
É outro cientista.
Karl Schwarzschild
era um astrónomo Alemão, . .
chefe do Observatório Potsdam na Alemanha. . .
Desde a adolescência que andava a calcular
aspectos complicados das órbitas planetárias.
Enquanto Einstein publica a sua teoria da gravidade, em 1915,
Karl Schwarzschild está no exército Alemão,
a calcular trajectórias de artilharia na Primeira Guerra Mundial.
E poucas semanas depois de Einstein ter apresentado os seus artigos,
Schwarzschild, então na frente Russa,
recebeu rapidamente uma cópia
e esteve a mapear o campo gravitacional à volta de uma estrela.
Einstein tinha chegado lá através de uma série de aproximações.
Mas, Schwarzschild,
sentado na frente de combate com balas e bombas a voar,
calculou uma solução exacta para a teoria de Einstein
e enviou-a a Einstein.
Einstein ficou estupefacto.
Ele não tinha sequer imaginado que se podia resolver estas equações exactamente.
Mas Schwarzschild não ficou por aqui.
Na sua solução para as equações de Einstein,
ele descobre algo que nem o próprio Einstein tinha previsto.
Schwarzschild disse: "Eu posso calcular esta distância estranha
de um objecto que gravita
que representa uma espécie de limite."
Matematicamente, Schwarzschild concentra a massa --
por exemplo de uma estrela,
num único ponto.
Depois, calcula como é que essa massa encurvaria o espaço
e como curvaria os raios de luz que passassem nas proximidades.
Quando ele, através da sua matemática,
apontava partículas de luz ou matéria para esse ponto,
havia um limite ao redor do ponto
no qual as partículas simplesmente paravam.
As partículas desapareciam.
O tempo parava.
Schwarzschild descobriu
que uma concentração de massa distorce o espaço
a um tal extremo que cria uma região sem retorno.
Tudo o que entrar nessa região fica preso,
incapaz de escapar -- até a luz.
É como aquelas armadilhas viscosas para caçar baratas.
Elas podem entrar... mas não conseguem sair.
Depois de passar aquele limite,
mesmo que se consiga andar por lá,
não há nada que se possa fazer para sair,
não há nada que se possa fazer para enviar sinais para fora.
Torna-se numa estranha parcela limite do espaço-tempo.
O que Karl Schwarzschild descobriu
é que qualquer massa, comprimida num espaço suficientemente pequeno,
origina aquilo a que hoje chamamos buraco negro.
Mas Albert Einstein --
cuja teoria da gravidade prevê isso mesmo --
não consegue acreditar que isso possa acontecer no mundo real.
Einstein não achava
que a Natureza funcionasse desta forma.
Ele não gostava da ideia.
Karl Schwarzschild fica doente
e morre antes de ter oportunidade de aprofundar a sua própria descoberta.
A ALEMANHA RENDE-SE
Dois anos e meio depois, em Novembro de 1918,
a Primeira Guerra Mundial termina.
A estranha esfera teórica descoberta por Karl Schwarzschild
parece destinada a ser esquecida --
nada mais do que uma histórica e curiosa nota de rodapé.
Mas, nas décadas seguintes,
os físicos aprenderam mais sobre o átomo
e sobre como a fusão de átomos é a energia das estrelas,
um processo chamado fusão nuclear.
Alguns começam a questionar-se se algo como um buraco negro
poderia realmente resultar de uma estrela.
Mas não simplesmente uma estrela qualquer -- teria de ser uma grande.
As estrelas nascem em ninhadas . .
e obtém-se uma distribuição de tamanhos e massas; . .
milhares de estrelas pequenas
e algumas estrelas grandes, estrelas muito grandes,
inacreditavelmente massivas.
As estrelas são em muitos aspectos semelhantes às criaturas vivas.
Tal como os humanos, têm ciclos de vida.
Nos anos '30, ao investigarem os ciclos de vida das estrelas, dois visionários --
Subramanyan Chandrasekhar e Robert Oppenheimer --
descobriram que muitas das estrelas maiores
terminam as suas vidas de forma muito diferente das mais pequenas.
SOBRE NÚCLEOS DE NEUTRÕES
O ciclo de vida de uma estrela depende imenso da sua massa. . .
A massa de uma estrela determina o que irá acontecer . .
quando ela acabar de queimar o seu combustível de hidrogénio.
Todas as estrelas arrancam a queimar hidrogénio -- o átomo mais leve --
fundindo átomos de hidrogénio para formar hélio,
e fazendo o seu percurso até elementos mais pesados.
A gravidade quer esmagar toda a massa da estrela,
mas a energia enorme libertada pela fusão impulsiona para fora,
impedindo que a estrela colapse.
As estrelas são estáveis porque existe uma pressão de dentro para fora
devida à fusão nuclear,
e isso mantém o equilíbrio com a força, de fora para dentro, da gravidade.
As estrelas mais pequenas não conseguem fundir elementos mais pesados que hélio.
Mas na maioria das estrelas mais massivas,
a fusão esmaga átomos cada vez mais pesados
até chegarem ao ferro.
O ferro é um elemento tão massivo, tem tantos protões no seu interior,
que, quando se chega a fundir o ferro,
não se recebe energia de volta.
O ferro é um beco sem saída para as estrelas.
Fundir átomos maiores do que o ferro . .
não liberta energia suficiente para aguentar a estrela. . .
E sem energia suficiente, proveniente da fusão,
para manter a estrela insuflada
não há nada para combater a gravidade.
E a gravidade vence.
E, então, a estrela colapsa.
Muito rapidamente, biliões de toneladas de material desabam,
atingem o núcleo compacto e ressaltam,
expulsando as camadas externas da estrela numa explosão enorme:
uma supernova.
Quanto mais massa, mais gravidade.
Portanto, se o núcleo restante for suficientemente massivo,
a gravidade torna-se imparável.
Não há nenhuma força conhecida . .
que possa evitar o colapso para um ponto infinitesimal. . .
A gravidade esmaga o núcleo estelar,
que fica cada vez mais e mais pequeno,
até toda a sua massa ser comprimida num ponto infinitamente pequeno:
um buraco negro.
A teoria faz sentido...
mas, a maioria dos físicos continua céptica quanto a buracos negros.
Einstein e Eddington, enfim todos
os astrofísicos eminentes de 1930 a 1950,
não acreditavam que fossem reais.
Permaneceram uma solução, um enigma matemático, . .
durante imenso tempo. . .
Por isso demorou muito tempo para as pessoas começarem, sequer, a procurar por eles.
Só nos anos '60 é que
a ideia de uma supernova criar um buraco negro é levada a sério.
O físico de Princeton, John Wheeler, que originalmente tinha sido um céptico,
começa a usar um nome da história para estes objectos invisíveis:
buraco negro.
A expressão "buraco negro" tem origem na Índia.
O 'Buraco Negro' era o nome de uma prisão famosa em Calcutá.
... CONFINADOS NO BURACO NEGRO
Até aí, nunca ninguém detectou algum sinal de um buraco negro.
Então, em 1967, a estudante de pós-graduação, Jocelyn Bell,
descobre uma estranha e extremamente pequena estrela morta
que emite muita pouca luz --
uma estrela de neutrões.
Restos frios de um colapso estelar,
a estrela de neutrões dá aos astrónomos mais confiança
na possibilidade de os buracos negros -- estrelas mortas muito mais pesadas --
poderem também existir.
Meio século depois de Karl Schwarzschild
ter demonstrado matematicamente que os buracos negros eram teoricamente possíveis,
os cientistas identificaram um processo natural
que os podia criar: a morte de estrelas de grande dimensão.
Portanto as supernova, gigantescas explosões de estrelas extremamente massivas,
fazem buracos negros.
Qualquer estrela que nasça com uma massa
que seja dez vezes a massa do Sol ou mais,
irá terminar como buraco negro.
Portanto, a nossa Galáxia está repleta de pequenos buracos negros,
que são os cadáveres estelares de gerações de estrelas
que vieram e se foram.
Então, como são esses cadáveres estelares invisíveis?
Imaginemos que estou a explorar o espaço
com alguma tecnologia avançada para viagens interestelares,
para que consigamos visitar um buraco negro,
talvez um na nossa própria vizinhança galáctica.
Este buraco negro em particular não é muito grande,
apenas dez massas solares --
ou seja, dez vezes a massa do Sol.
E como todos os buracos negros, tem um horizonte de eventos,
uma fronteira nítida para a escuridão.
Essa é a fronteira que Karl Schwarzschild foi o primeiro a descobrir,
onde a gravidade é tão forte que nada pode escapar --
nem mesmo a luz.
E é para aí que nos dirigimos.
Quando nos aproximamos, algumas coisas muito estranhas começam a acontecer.
Reparem na borda do buraco negro...
vêem como a imagem de estrelas distantes está distorcida e espalhada numa coroa circular?
Isso é um efeito de lente gravitacional.
A gravidade extrema do buraco negro curva o caminho da luz que lhe passa perto,
de tal modo a que um único ponto de luz, como seja uma estrela,
apareça momentaneamente como um anel à volta do horizonte de eventos.
Estou agora profundamente dentro do poço gravitacional do buraco negro
e vamos começar a sentir-lhe os efeitos.
A gravidade extrema atrasa efectivamente o tempo
relativamente à Terra.
Do ponto de vista deles...
eu pareço estar a abrandar.
Mas do meu ponto de vista, o tempo na Terra está a acelerar.
Agora, digamos que quero aproximar-me ainda mais,
fazendo uma caminhada pelo espaço.
A forma como o buraco negro abranda o tempo
está prestes a ficar ainda mais pronunciada.
Para registar as alterações que estou prestes a experienciar,
vou ligar este estroboscópio.
Ele irá piscar uma vez por segundo.
Daqui, consigo ver a sombra do horizonte de eventos a aproximar-se
e a minha luz a piscar normalmente.
Mas ao observar a partir da nave,
quanto mais me aproximo do buraco negro,
mais lentamente pareço mover-me.
Os pulsos de luz são quase infinitamente espaçados...
... por isso, parece que estou congelada no tempo.
Para mim, tudo está completamente normal...
mesmo quando chego ao horizonte de eventos.
Se esperássemos o suficiente --
talvez milhões ou milhares de milhões de anos --
a nave finalmente ver-me-ia desaparecer.
E seria a última vez que me veriam.
O que está no interior de um buraco negro?
Isso continua a ser um mistério.
E mesmo que eu descubra, nunca conseguiria voltar para vos contar.
Mas posso dizer o seguinte: os buracos negros podem ser escuros pelo lado de fora
mas, no interior, podem ser luminosos.
Eu posso ver a luz da galáxia que entrou atrás de mim.
E isso é a última coisa que alguma vez verei.
Infelizmente, a diversão está prestes a terminar.
Agora que atravessei o horizonte de eventos,
estou a cair em direcção ao centro,
onde toda a massa do buraco negro está concentrada.
E estou a começar a ser esticada.
À medida que caio cá para dentro, a atracção gravitacional nos meus pés
é mais forte do que na minha cabeça
e o meu corpo está a começar a separar-se.
Ficarei tão esticada como massa -- "esparguetificada".
E, por fim, vou acabar
completamente desintegrada nas minhas partículas fundamentais,
que então irão ser esmagadas até serem um ponto infinitamente pequeno.
Uma singularidade,
onde tudo o que compreendemos sobre espaço e tempo falha.
Ou talvez o buraco negro --
com menos de 65 km de diâmetro pelo lado de fora,
seja tão grande como um universo, por dentro.
E enquanto o atravesso,
as minhas partículas vão juntar-se à sopa primordial de um novo começo. . .
E é então isto o que a teoria nos diz que poderíamos experienciar,
se pudéssemos ir a um buraco negro.
Mas como podemos ter a certeza?
Como é que se investiga uma coisa que nem sequer se consegue ver?
ESTÁDIO DOS YANKEES
Há maneiras de investigar
se algo está a acontecer algures, . .
mesmo que eu não consiga ver essa coisa directamente. . .
Vejam o Estádio dos Yankees...
O que é que está a acontecer lá dentro?
Está a decorrer um jogo?
Eu não consigo ver o campo.
Não consigo ver nem jogadores, nem bolas, nem tacos.
Mas posso afirmar com certeza se há actividade à volta do parque.
METRO
É perfeitamente claro que algo está a acontecer.
Pode parecer óbvio que, seja o que for,
eu possa aprender imenso simplesmente por observar os acontecimentos em redor do estádio.
E estes parecem muito ser fãs de basebol.
E é dessa forma que investigamos os buracos negros:
observando o efeito que eles têm nas suas imediações.
Mas que tipo de efeitos?
Como é que um buraco negro se revelaria?
Pouco antes da Segunda Guerra Mundial,
duas descobertas monumentais estão prestes a mudar radicalmente a astronomia.
DETECTADO IMPULSO DE RÁDIO PROVENIENTE DO CORAÇÃO DA VIA LÁCTEA
Em 1931, o engenheiro dos Bell Labs, Karl Jansky,
capta ondas de rádio misteriosas que emanam do espaço profundo.
Depois, o céu fica ainda mais estranho...
quando os cientistas montam contadores Geiger em foguetes Alemães capturados
e descobrem que o Cosmos também está cheio de raios-X.
Estas descobertas fornecem aos astrónomos novas ferramentas importantes
que irão revolucionar a caça aos buracos negros
e expandir notavelmente a nossa visão.
O que os nossos olhos são capazes de captar
é uma parte muito estreita do espectro electromagnético.
Se o espectro electromagnético fosse estendido ao longo da Ponte de Brooklyn,
a porção que conseguiríamos ver com os nossos olhos teria apenas alguns centímetros de largura.
A radiação electromagnética
inclui ondas de muitas frequências diferentes:
ondas de rádio, micro-ondas, luz infravermelha e ultravioleta,
raios-X e raios gama.
A astronomia de rádio e de raios-X torna acessível o céu,
revelando objectos escuros -- ou até mesmo invisíveis --
que expelem energia poderosa que ninguém sabia que lá estava.
Começou a perceber-se que essa coisa muito plácida que ali vemos... . .
esta coisa muito calma em que parece que nada está a acontecer
e em que a única coisa que se mexe são os planetas,
... afinal era a loucura por lá a acontecer,
era o caos ali fora!
Os raios-X vêm quase do extremo de alta energia do espectro.
O que é que cria toda esta energia?
Uma coisa é certa: seja qual for a fonte,
é invisível para os telescópios comuns.
E é quente.
Os raios-X vêm de coisas
que estão a temperaturas de milhões de graus. . .
INSTITUTO DE ASTRONOMIA, CAMBRIDGE . .
Até mesmo dezenas de milhões. . .
Uma das primeiras dessas fontes de raios-X a chamar a atenção dos astrónomos
chama-se Cygnus X-1.
'Cygnus' porque estava na constelação do Cisne (Cygnus);
'X' porque era uma fonte de raios-X; e '1' porque foi a primeira a ser descoberta.
Em 1970, Paul Murdin é um jovem astrónomo Inglês
a tentar assegurar o seu próximo emprego.
Eu era um bolseiro investigador,
estava a chegar ao fim do meu contrato de três anos,
e pensei: "Com que posso contribuir para descobrir o que são estas coisas?"
Murdin trabalha num castelo do século XV
rodeado de telescópios --
o Observatório Real.
A usar o maior telescópio de Inglaterra,
ele começa a pesquisar a área da constelação Cygnus, o cisne.
Ele decide caçar pares de estrelas.
Pares de estrelas são as chamadas binárias.
Podem parecer exóticas mas não são assim tão incomuns.
Muitas das estrelas que vemos -- talvez metade --
são, na verdade, binárias,
pares de estrelas que se orbitam, unidas pela gravidade.
Mas Murdin interroga-se: será possível haver binárias
em que só uma das estrelas é visível?
Eu pensei que talvez pudesse haver algum tipo de sistema estelar
no qual houvesse uma estrela, uma estrela comum que emitisse luz,
e depois houvesse outra estrela próxima que emitisse raios-X.
O indício revelador de uma binária é que as estrelas se estão a mover à volta uma da outra.
Então Murdin começa a procurar uma estrela visível
que mostre indícios de movimento.
Às vezes ela vem na nossa direcção, às vezes afasta-se.
Quando a estrela está a mover-se na nossa direcção parece mais azul
porque o comprimento de onda da sua luz diminui.
Ao afastar-se parece mais vermelha
porque o comprimento de onda da sua luz aumenta.
Isto é conhecido como efeito Doppler.
Depois de ter procurado por alterações de cor
em centenas de estrelas na área de Cygnus,
Murdin encontra uma possível suspeita --
uma estrela visível cuja luz muda, como se estivesse a andar às voltas.
Era claramente uma estrela binária, uma estrela dupla.
A estrela estava a andar às voltas com um período,
completando uma volta a cada 5,6 dias.
Mas o que quer que ela esteja a contornar não se consegue ver.
Não havia nenhum vestígio, no espectro, da segunda estrela.
Estava ali uma estrela. Não estava lá a segunda estrela.
Murdin tem um par binário no qual apenas uma estrela é visível.
O segundo objecto emite raios-X,
tem massa e gravidade suficiente para fazer mover notavelmente uma estrela,
mas não emite nenhuma luz.
Seria o cadáver de uma estrela suficientemente grande para originar um buraco negro?
O problema principal para decidir se Cygnus X-1 era um buraco negro
era medir a massa do objecto emissor dos raios-X. . .
Teria de ser muito grande,
pelo menos três vezes a massa do nosso Sol.
Se não for, provavelmente é apenas uma estrela de neutrões --
uma estrela colapsada que é densa, mas sem peso suficiente para ser um buraco negro.
Portanto, os observadores tinham de chegar a uma conclusão
de que o objecto escuro, o objecto que emite raios-X em Cygnus X-1,
era mais pesado, provavelmente bastante mais pesado
do que três massas solares.
A partir das suas observações, Murdin é capaz de fazer uma estimativa
da massa do parceiro invisível.
E a resposta acabou por ser...
... seis vezes a massa do Sol.
Então agora já havia uma história para contar: Cygnus X-1 era um buraco negro.
E a chave do argumento era
que a massa da estrela que não se conseguia ver
era mais do que três massas solares.
Quando acabei de escrever tudo, sentei-me e pensei:
"É um buraco negro."
Esta seria a primeira detecção real de um buraco negro.
É uma reivindicação enorme e Murdin vai ter de convencer os cépticos,
a começar pelo seu chefe.
O Astrónomo Real, Sir Richard Woolley,
não ia muito à bola com buracos negros.
"Tudo fantasias..."
Beeem... Havia muitas pessoas na Califórnia a falar sobre isto.
Há uma data de gente gira na Califórnia.
Sabem... Muitas pessoas tipo hippie.
Pessoas como o teórico Kip Thorne.
Eu estava nervoso com aquilo.
Estava nervoso com a dimensão da descoberta.
E, na verdade, outras pessoas à minha volta também estavam.
Eu estava a trabalhar com uma colega cientista, Louise Webster.
E fomos modestos na reivindicação que estávamos a fazer
porque sabíamos o que as pessoas iam pensar dela.
E se virem o artigo que publicámos,
só menciona a expressão "buraco negro" uma vez, mesmo no final.
PODE SER UM BURACO NEGRO.
"Achamos que isto pode ser um buraco negro."
O artigo de Paul Murdin e Louise Webster é publicado em Setembro de 1971.
Outros astrónomos concordam: Pode ser um buraco negro.
...POSSIBILIDADE DE SER UM BURACO NEGRO
Mas ninguém sabe ao certo.
Três anos depois,
Kip Thorne e o notável físico Britânico Stephen Hawking
fazem uma aposta, agora famosa, sobre Cygnus X-1.
Fizemos uma aposta sobre se Cygnus X-1 era realmente um buraco negro ou não.
A aposta é, em parte, brincadeira.
Ambos esperam que seja um buraco negro.
Mas Hawking, não querendo agoirar, aposta contra os seus próprios desejos.
CYGNUS X-1 NÃO CONTÉM UM BURACO NEGRO
Stephen afirma que Cygnus X-1 não é um buraco negro.
E eu afirmo que é um buraco negro.
E assinámos a aposta em Dezembro de 1974.
E, gradualmente, o cenário de ser realmente um buraco negro
tornou-se cada vez mais forte.
Em Junho de 1990, Stephen invadiu o meu escritório
e carimbou a aposta com o polegar,
admitindo a derrota na minha ausência.
Eu voltei da Rússia e descobri que ele tinha admitido que tinha perdido.
Ora, em 1990, a comprovação da massa de Cygnus X-1
talvez pudesse ser suficientemente forte para decidir uma aposta entre dois amigos.
Mas a estimativa original não era suficientemente precisa para ser definitiva.
Para calcular a massa,
Paul Murdin teve de confiar em estimativas grosseiras
da distância até Cygnus X-1,
que variavam por um factor de dez.
E a questão não seria respondida durante mais 20 anos, . .
até que o astrónomo Mark Reid ficou intrigado pelo enigma. . .
Reid é astrónomo
no Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica
quando se propõe provar conclusivamente
que o Cygnus X-1 é um buraco negro
medindo a sua massa precisa.
Mas como é que se pode medir a massa de um objecto invisível?
Usando leis desenvolvidas pelo astrónomo Alemão Johannes Kepler, no séc. XVII
é possível calcular a massa de um objecto celeste --
mas só se soubermos a sua distância.
A distância em astronomia é absolutamente fundamental.
Se não sabemos a distância... não sabemos o que é o objecto. . .
Pode ser qualquer coisa como um pirilampo que se encontre muito próximo.
Pode ser uma estrela muito distante e enorme, muito maior que o Sol.
Para chegar à massa verdadeira, precisa, de Cygnus X-1
-- e confirmar que é um buraco negro --
Reid precisa de saber a que distância ela se encontra.
Mas como é que ele pode medir a distância até uma estrela?
O segredo está num fenómeno conhecido: a paralaxe.
É aquilo que os nossos olhos e cérebros usam para ver em três dimensões.
Podemos levantar um dedo à distância de um braço,
olhar para ele e fechar um olho.
Vou fechar o meu olho esquerdo.
E estou a olhar para o meu dedo
relativamente à parede de fundo.
E agora, se eu abrir o meu olho, fechar o meu olho direito,
vejo que o meu dedo parece ter-se mexido
em relação à posição original.
E isso é porque os nossos olhos estão separados
e vemos de pontos de vista diferentes.
Para usar a paralaxe para medir a distância a um objecto no céu,
os astrónomos deixam que o movimento da Terra
lhes forneça os dois pontos de vista diferentes.
Imaginem que Cygnus X-1 se encontra aqui.
E a Terra e o Sol estão ali.
Ora, a Terra gira à volta do Sol uma vez por ano.
Na Primavera, a Terra está de um lado do Sol
e observamos Cygnus X-1 segundo a trajectória de um raio como este.
Seis meses depois, a Terra dá a volta ao Sol,
para o outro lado.
Temos um ponto de vista diferente de Cygnus X-1.
Agora, ele tem um triângulo que fica definido pelas duas posições da Terra
e Cygnus X-1.
Sabemos a base do triângulo,
o diâmetro da órbita da Terra.
E os princípios da geometria dizem-nos
que tudo o que precisamos para calcular a distância
é a amplitude do ângulo no vértice do topo.
E medimos aqui este ângulo muito pequeno,
no vértice de Cygnus X-1.
E a partir da trigonometria,
podemos calcular a distância até Cygnus X-1,
e, a partir daí, deduzir uma massa muito precisa.
O conceito é simples.
Mas Cygnus X-1 está tão longe
que o ângulo a ser medido é minúsculo --
uma pequena fracção de um grau.
É mais pequeno que o ângulo abrangido pelo nariz de Abraham Lincoln
numa moeda, em São Francisco, vista a partir de Nova Iorque.
Como o ângulo é tão pequeno,
não consegue ser medido por um telescópio isolado.
Mas a equipa de Reid tem uma solução.
Pegamos em dez radiotelescópios
espalhados pelos EUA continentais,
no Havai e até St. Croix nas Ilhas Virgens.
Usamos estes telescópios simultaneamente
e sintetizamo-los, em computador,
num telescópio que tenha o diâmetro do tamanho da Terra.
Isso fornece-nos uma resolução angular incrível.
Usando esta técnica, a equipa de Reid determina
que Cygnus X-1 está a uma distância de 6 000 anos-luz.
Com a nova distância que obtivemos, a distância de 6 000 anos-luz,
somos capazes de determinar que a massa é, aproximadamente, de 15 massas solares,
facilmente um buraco negro.
Quarenta anos depois de ter sido identificado como uma possibilidade,
Cygnus X-1 é agora amplamente aceite
como o primeiro buraco negro confirmado.
É um artigo discreto,
e o facto de o meu nome lá estar e o da Louise Webster lá estar,
ajudou-nos imenso nas nossas carreiras.
Penso que foi como resultado desta descoberta, que me ofereceram um emprego permanente.
E foi uma grande festa para a família.
Portanto correu muito bem para o meu lado -- . .
além de ter tido a satisfação intelectual . .
de resolver um problema.
Então, finalmente, depois de anos de especulação,
temos um buraco negro a sério.
Não apenas isso, mas um buraco negro que emite raios X
e tem uma estrela companheira.
Se o pudéssemos visitar, na minha nave espacial imaginária,
o que veríamos?
A distância até Cygnus X-1
ficou estabelecida nos 6 000 anos-luz da Terra.
E a sua massa é de 15 massas solares, ou 15 vezes a massa do Sol.
E Cygnus X-1 está rodeado por um disco de acreção --
uma nuvem de gás e poeira em forma de disco fora do seu horizonte de eventos,
o ponto de não-retorno.
Quando a gravidade puxa a matéria em direcção ao buraco negro,
a nuvem começa a rodar,
tal como água a ser puxada pelo ralo.
Dentro desse disco de acreção,
as partículas mais próximas do buraco negro revoluteiam
a metade da velocidade da luz.
É como um acelerador de partículas gigante no espaço.
Mas porque é que emite raios-X?
enquanto correm por lá, as partículas colidem,
o que as faz aquecer a milhões de graus.
Quando ficam tão quentes, as partículas emitem raios X.
E são esses raios-X que inicialmente levaram o astrónomo Paul Murdin
a investigar este buraco negro há quase cinco décadas.
E também há outra coisa sobre Cygnus que é diferente:
tem uma estrela companheira.
Esta estrela azul supergigante
orbita o buraco negro uma vez a cada 5,6 dias.
Ela orbita tão próxima de Cygnus X-1
que o buraco negro retira material da estrela
e puxa-o para o disco de acreção.
Algum desse material irá atravessar o horizonte de eventos
e ser engolido... mas não todo.
Algum dele regressa
antes ainda de entrar no buraco negro.
É como uma criança pequena a comer: metade acaba no chão... . .
UNIVERSIDADE DO ARIZONA . .
... quase metade é capaz de ir parar ao tecto e uma alguma coisita acaba na boca. . .
Uma das características mais impressionantes e enigmáticas de Cygnus X-1
são os seus jactos enormes.
Estes feixes de partículas e radiação fluem para fora
dos polos norte e sul de Cygnus,
perpendicularmente ao disco de acreção.
Ainda há muita coisa que não sabemos sobre estes jactos,
mas eles são estreitamente focados e extremamente potentes,
soprando para fora quase à velocidade da luz
e estendendo-se muito para além de Cygnus.
Quando o gás atinge estas altas temperaturas e produz a luz,
também há um pequeno campo magnético
que se forma à sua volta.
E não compreendemos exactamente como,
mas estes campos magnéticos
ajudam a colimar estes fluxos enormes para fora dos buracos negros,
mangueiras poderosas, se preferirem, que pura e simplesmente cospem matéria.
Aquilo seria Cygnus X-1 se a conseguíssemos ver de perto --
um buraco negro que se alimenta e cresce, com jactos enormes,
a soprar partículas para muito longe no Universo.
São quase uma espécie . .
de demónios que respiram e comem fogo, se preferirem. . .
Cintilam, têm explosões...
...bolas de fogo muito violentas, muito activas.
O que outrora era uma curiosidade matemática bizarra,
tornou-se agora bastante real.
Após décadas de cepticismo,
agora, os cientistas aceitam que estes cadáveres carbonizados
de grandes estrelas conseguem aprisionar a luz dentro deles,
distorcer o espaço e o tempo à sua volta,
atrair matéria e acelerá-la a velocidades assombrosas.
Os buracos negros pareciam uma ideia de tal modo radical
que não devíamos aceitá-la.
Mas, pouco a pouco, a evidência de buracos negros . .
tornou-se cada vez mais forte. . .
UNIVERSIDADE DE HARVARD
E nós vimos estas coisas fantásticas.
Pelo menos 20 buracos negros foram encontrados na nossa Galáxia,
binárias de raios-X, tal como Cygnus X-1.
E há, provavelmente, milhões mais destes enormes cadáveres estelares
só na nossa Galáxia.
Entretanto aguarda-nos uma surpresa impressionante.
Tudo o que os astrónomos acham que sabem sobre buracos negros -- . .
e muito do que acreditam sobre o próprio Universo -- . .
irá ser virado de pernas para o ar por uma descoberta chocante.
As revelações começam quando pesquisas do céu por radiotelescópios
detectam misteriosos pontos quentes a emitir rádio-energia.
Vinha do que pareciam ser estrelas.
Como estes objectos se assemelham a estrelas,
mas foram descobertos através de sinais de rádio,
os astrónomos deram-lhes o nome de fontes de rádio quase estelares --
quasares.
Mas são estrelas ou não?
O primeiro passo para os investigar
passa por descobrir de que são feitos.
Para isso, os astrónomos analisam a energia eletromagnética que emitem.
Cada elemento tem uma impressão digital espectral única.
Por exemplo... Carbono.
Hélio.
Hidrogénio.
Estas linhas revelam a composição química de uma estrela.
Mas o espectro de um quasar parece ser incompreensível.
Analisaram-no e era um disparate.
Não parecia haver quaisquer emissões . .
de elementos conhecidos. . .
O que é que está a escapar-lhes?
Tem de haver uma pista algures.
Por fim, em 1963, o astrónomo da Caltech, Maarten Schmidt,
encontra-a escondida à vista de todos.
Enterrada no espectro do quasar está a impressão digital do hidrogénio.
Ele notou qualquer coisa familiar, mas que estava no lugar errado.
As impressões digitais do hidrogénio tinham sido fortemente desviadas para o vermelho.
Era difícil de detectar porque as linhas espectrais do hidrogénio
estavam radicalmente desviadas para a ponta da baixa frequência
do espectro.
E isso só podia significar uma coisa.
O quasar está a afastar-se de nós a uma velocidade fantástica.
Mas os astrónomos nunca tinham visto a luz a ser desviada
a um tal extremo.
Tal como um som familiar que se desvie para baixo demais para se conseguir perceber,
a luz dos quasares desvia-se tanto,
que o hidrogénio se torna irreconhecível.
Este tão extremo desvio
significa que os quasares estão a afastar-se de nós a velocidades estonteantes.
A razão?
É o legado de um acontecimento
ocorrido há quase 14 mil milhões de anos: o Big Bang.
O começo do nosso Universo.
E, desde então, o Universo tem-se expandido,
levando com ele todos os objectos que contém, incluindo os quasares.
Nunca ninguém tinha visto algo a afastar-se a uma velocidade tão alta.
Isto fez deste objecto a coisa mais distante
que alguma vez foi vista,
o que significa que a própria coisa tinha de ser assim tão luminosa . .
para que pudessemos dar por ela. . .
A dois mil milhões de anos-luz, a emitir a energia
de um bilião de sóis a cada segundo.
O que é que poderia criar isso?
Ninguém fazia ideia do que estaria a fornecer energia a estas coisas.
De onde é que poderia vir toda essa energia?
Se tentarmos resolver através de cálculos,
não pode ser energia química.
Eles sabiam que energia nuclear não podia ser.
É impossível um quasar ser uma estrela.
Nenhuma quantidade de fusão nuclear poderia produzir tanta potência estelar.
O único motor capaz, talvez, de produzir tanta energia é a gravidade.
Gravidade.
Na nossa vida quotidiana, podemos superar a gravidade facilmente.
Mas quando concentrada a um extremo por um buraco negro,
a gravidade é esmagadoramente poderosa.
Vários cientistas começaram a questionar:
poderiam os quasares, talvez, ser alimentados por mecanismos de gravidade?
E se a energia que é expelida dos quasares
vem dos brilhantes discos de acreção que rodeiam os buracos negros?
Para produzir tanta energia,
tanta luminosidade, . .
tem de envolver um buraco negro. . .
Mas não um buraco negro qualquer.
Qualquer que fosse a fonte de emissão de um quasar,
teria de ser enorme.
Enorme até que ponto?
Bem... milhões ou milhares de milhões de vezes mais pesados que o Sol. . .
Milhões ou milhares de milhões de vezes mais pesados que o Sol.
Cygnus X-1 tem apenas 15 vezes a massa do Sol.
15 MASSAS SOLARES
Os buracos negros que accionam os quasares
pertencem a uma categoria totalmente diferente de buraco negro:
supermassivos.
E parecem estar localizados nos centros das galáxias.
E então a nossa própria Galáxia?
Poderá haver algum buraco negro supermassivo perto de casa?
O centro, onde um supermassivo poderia estar,
encontra-se na direção da constelação do Sagitário,
o Arqueiro.
Ora, o Sagitário não é uma constelação qualquer.
Está na direcção do centro da nossa própria Galáxia, a Via Láctea.
Mas visto que vivemos no interior da Via Láctea, . .
não conseguimos ver a Galáxia como a veria um viajante espacial. . .
Mas posso usar a minha fiável máquina das estrelas imaginária
para nos mostrar a Galáxia vista de fora.
O nosso lar é uma galáxia espiral, milhares de milhões de estrelas
reunidas num disco gigante.
É larga... cerca de 100 000 anos-luz de diâmetro.
Mas é relativamente delgada,
apenas cerca de 1 000 anos-luz de espessura.
E toda a espiral roda lentamente.
O nosso Sistema Solar é aqui.
E aqui, a 26 000 anos-luz da Terra, está o centro,
que vemos na direção do Sagitário.
Neste centro denso, há milhões de estrelas
e imensa poeira e gás.
Então é esta a vista da nossa Galáxia a partir do exterior,
graças à minha tecnologia imaginária.
Mas visto que vivemos no interior da Via Láctea,
quando olhamos na direcção do centro,
estamos a olhar através de grande parte da nossa Galáxia,
o que significa que ela nos aparece
como uma faixa de estrelas e poeira a atravessar o céu -- uma 'via láctea'.
Lá bem no fundo desta faixa de estrelas e poeira,
poderia estar um buraco negro supermassivo à espreita?
Os dados que estamos a receber neste momento...
Nos anos '90, os astrónomos ficaram cada vez mais decididos a resolver o mistério,
espreitar através da túrbida Via Láctea
e estudar o que é que -- se alguma coisa -- está no seu centro.
Uma delas é Andrea Ghez.
Um em 20...
Ghez aceita um desafio intimidante.
Ela vai tentar rastrear estrelas individuais
a orbitar o centro da Galáxia.
A essência desta experiência provém de observar
estrelas que orbitem o centro da Galáxia.
Queremos então encontrar as estrelas
que estão tão próximas do centro da Galáxia quanto possível.
O que significa que quero ter acesso . .
ao maior telescópio a que puder deitar a mão. . .
E isso significa vir... aqui.
O cume do Mauna Kea, um vulcão adormecido . .
quase 4 300 metros acima das praias do Havai.
Altitude elevada e baixa humidade fazem deste o lugar ideal para a astronomia.
O instrumento que Ghez usa é o Observatório Keck de Mauna Kea,
um dos maiores do mundo.
Mas apesar do seu tamanho, Keck tem o mesmo problema
de todos os telescópios na Terra,
distorção atmosférica.
Imaginem olhar para um calhau
no fundo de um rio.
O rio está a mover-se muito rapidamente
e a visão desse calhau fica distorcida.
Tal como um rio,
a atmosfera da Terra está em constante mudança,
a distorcer a luz como um espelho deformante numa casa de diversões.
Para compensar isto, Keck é pioneiro no uso científico
de uma tecnologia militar não confidencial
chamada óptica adaptativa.
Primeiro, emite-se um laser para o céu,
criando uma estrela guia artificial.
A turbulência atmosférica distorce a estrela guia,
mas o computador sabe como deve ser o aspecto dela
e ajusta o espelho do telescópio de acordo.
Se se olharem ao espelho deformante de uma casa de diversões,
vão parecer totalmente deformados.
O objetivo do sistema de óptica adaptativa
é introduzir um segundo espelho que é a forma oposta exacta
e que vos faça ficar de novo como realmente são.
Bem no fundo do telescópio,
o espelho deformável muda de forma até 2 000 vezes por segundo
para reverter a distorção da atmosfera.
CENTRO GALÁTICO DE 2,2 MICRÓMETROS
E permitiu-nos captar as imagens mais nítidas
alguma vez obtidas do centro da Galáxia.
ÓTICA ADAPTATIVA LIGADA
A nitidez dessas imagens permite a Ghez
distinguir estrelas individuais perto do centro --
um avanço enorme em astronomia.
Ela começa a gravar as suas posições em 1995.
E todos os anos desde então,
tirámos uma imagem -- tirar simplesmente uma fotografia.
Ao juntar essas imagens anuais
cria-se um filme de lapso de tempo de órbitas estelares.
E o que esses filmes revelam é espantoso.
As estrelas rodopiam em torno do centro da Via Láctea
a velocidades fenomenais.
Estas coisas estão a mover-se a vários milhares...
... até 10 000 quilómetros por segundo,
ou 16 milhões de quilómetros por hora.
Vão mesmo lançadas.
Para andarem tão depressa, as estrelas têm de estar a orbitar
algo extremamente massivo.
A massa que inferimos
é de quatro milhões de vezes a massa do Sol.
O que é que pode ter quatro milhões de vezes a massa do Sol
e, no entanto, ser completamente invisível?
Esta é a confirmação de um buraco negro.
E não de um buraco negro qualquer --
um supermassivo, silencioso e adormecido,
mesmo no centro da nossa própria Galáxia.
De facto, esta é a melhor evidência até agora
que temos sobre a existência de buracos negros supermassivos,
não apenas no centro da nossa Galáxia,
mas em qualquer ponto do Universo.
Um buraco negro supermassivo
com quatro milhões de vezes a massa do Sol,
mesmo no centro da nossa Via Láctea.
De uma perspectiva cósmica, é mesmo aqui ao lado.
E levanta uma questão profunda.
Há milhares de milhões de galáxias por esse espaço fora.
Se a nossa tem um buraco negro supermassivo no seu centro
e se os quasares se encontram nos centros das suas galáxias,
então e as outras?
Há buracos negros nos centros das galáxias? . .
Se há, quão comuns são? . .
Nós simplesmente não sabíamos.
Poderão os astrónomos ter alguma vez a esperança de encontrar o que está à espreita
nos centros de outras galáxias,
a milhões de anos-luz de distância, como Ghez fez na nossa Via Láctea?
Cinco, quatro...
Seria necessária outra inovação na astronomia para tal ser possível.
E temos a descolagem do vaivém espacial Discovery,
com o Telescópio Espacial Hubble, a nossa janela para o Universo.
Quando o Telescópio Espacial Hubble começa a fornecer imagens nítidas
de galáxias distantes,
uma equipa de astrónomos põe mãos à obra.
Eles são conhecidos como "os Nukers"
porque o seu objectivo são os núcleos galácticos,
os centros das galáxias.
Um deles é o Tod Lauer.
Primeiro passo, tiramos uma fotografia da galáxia
com o Telescópio Espacial Hubble.
Ela mostra-nos onde é que as estrelas estão na galáxia.
Ela diz-nos das suas estruturas com uma resolução extraordinária.
A chave para encontrar buracos negros supermassivos
é estudar quão rápido as estrelas na galáxia se movem.
As galáxias fora da nossa estão demasiado distantes
para medir velocidades de estrelas individuais.
Mas ao analisar a forma como a luz passa do azul para o vermelho
em diferentes pontos da galáxia,
os astrónomos podem chegar a uma velocidade média das estrelas
que orbitam o centro.
É suficientemente preciso para criar uma réplica no computador.
O segundo passo, onde o verdadeiro trabalho começa,
é tentar modelar as observações.
E nós, efectivamente, fazemos isso construindo modelos de galáxias
no computador.
É conhecido como método de Schwarzschild,
desenvolvido pelo astrónomo de Princeton, Martin Schwarzschild,
filho de Karl Schwarzschild,
cujos cálculos matemáticos descreveram pela primeira vez
a possibilidade dos buracos negros.
O truque de Martin Schwarzschild era
realmente construir um modelo da galáxia
que não só tinha a localização da massa
mas também mostrava como é que as estrelas se moviam.
Para cada galáxia que investigam,
os Nukers constroem meticulosamente um modelo de computador e, daí
usando a tentativa e erro,
ajustam os parâmetros da massa e da velocidade...
tentando fazer com que o modelo coincida com as observações originais
que obtiveram do Hubble.
E dizemos: "Vamos tentar uma estrela aqui,
"vamos tentar uma ali.
"Vamos fazê-la dar a volta por aqui.
Vamos fazer esta ir por ali."
E fazemos isto milhares e milhares de vezes
até construirmos um grande conjunto de dados
de como as estrelas podem orbitar nesta galáxia.
Sucesso é as observações do modelo
coincidirem com as observações obtidas com o Telescópio Espacial Hubble.
Mas isso não acontece.
Falta qualquer coisa aos modelos.
Tentamos vezes e vezes sem conta,
sempre sem buraco negro e dizemos:
"Bolas, não há dúvida que não obtemos as observações descritas
no modelo."
Só quando adicionam uma enorme massa invisível
no centro da galáxia
é que o modelo coincide com as observações do Hubble.
Quase sempre temos de inserir
um buraco negro no centro.
Não conseguimos fazer com que as observações coincidam
sem pôr um buraco negro no modelo.
Das cerca de três dezenas de galáxias que os Nukers investigam,
praticamente todas elas requerem um buraco negro supermassivo.
E desde então, outras observações deixaram-nos
ainda com mais certeza
de que os supermassivos e as galáxias andam de mãos dadas.
Em todas as galáxias em que procurámos, . .
encontrámos um buraco negro supermassivo no centro. . .
É uma revelação assombrosa.
Supermassivos --
outrora uma categoria totalmente inesperada de buracos negros --
talvez possam ser comuns,
não apenas no centro da nossa Galáxia,
mas nos de todas as galáxias.
Tomemos, como exemplo, a galáxia M31,
também conhecida como a Grande Galáxia de Andrómeda.
Encontra-se a uma distância de dois milhões e meio de anos-luz.
Numa noite clara, é possível vê-la desde a Terra.
Mas mesmo com o Telescópio Espacial Hubble,
não conseguimos obter pormenores precisos do seu centro.
Mesmo assim, temos quase a certeza . .
de que existe algo extremamente maciço lá escondido. . .
E se conseguíssemos observar de mais perto?
E se conseguíssemos visitar uma galáxia muito, muito longínqua?
Ao entrarmos na parte exterior de Andrómeda
ainda estamos demasiado longe para ver o que se esconde no centro.
Mas conseguimos distinguir um aglomerado denso de estrelas no núcleo
e isso pode ser um sinal
de que existe um buraco negro gigante por perto.
Há milhares de milhões de anos, estaria rodeado
de gás, estrelas e outros pequenos buracos negros.
O buraco negro pode ter fornecido energia a um quasar,
alimentando-se freneticamente e disparando radiação ofuscante.
Durante centenas de milhões de anos
teria consumido
todo o gás disponível e as estrelas mais próximas.
Actualmente está relativamente calmo.
Mas tem algumas características distintivas
que nunca tínhamos visto antes.
Primeiro, é colossal.
Se fosse largado no nosso Sistema Solar,
Mercúrio, Vénus, Terra e Marte
ficariam, todos, presos no interior do horizonte de eventos.
Isso é grande... mas não é nada comparado com a massa total:
cem milhões de vezes a massa do Sol.
E a destruição não termina por aí.
Júpiter não vai durar muito.
O campo gravitacional do supermassivo
vai agarrá-lo e engoli-lo inteiro.
Saturno vai acabar por sofrer o mesmo destino.
Os planetas mais externos talvez sobrevivam, mas em órbitas frias e sombrias.
Este buraco negro roda rapidamente,
distorcendo e arrastando o tecido do espaço-tempo.
Como todos os buracos negros,
o horizonte de eventos é completamente incaracterístico.
Lembrem-se, não há nada lá.
É apenas um limite que esconde o interior.
Mas o disco de acreção pode dizer-nos muito sobre o que se está a passar.
É o anel flamejante de gás e poeira ao redor do buraco negro.
Imaginem que conseguíamos lançar um enxame de robots autónomos
para explorar o disco de acreção.
O disco está a girar a uma velocidade incrível --
metade da velocidade da luz.
Se Júpiter se movesse tão rápido,
completaria toda a sua órbita em poucas horas.
A região à volta do buraco negro é um tornado cósmico.
Agora, o nosso enxame também é apanhado no turbilhão.
São como marcadores largados na tempestade
para mapear o movimento.
O robot do meio pode enviar-nos imagens.
Está a seguir o líder como um carro de corrida
a acelerar na volta à pista.
A partir daqui, a extrema distorção do espaço-tempo em redor do buraco negro
prega partidas loucas aos nossos olhos.
Parece que há um disco de acreção
revoluteando em torno do equador,
e outro a formar um arco por cima e por baixo dos polos.
Mas é uma ilusão.
A extrema gravidade do buraco negro distorce a trajectória da luz
emitida por detrás do buraco negro
e faz parecer que o disco de acreção
está tanto em cima como em baixo.
Na verdade, não há nada à volta dos polos.
São apenas os raios de luz a passar.
É novamente o efeito de lente gravitacional.
Ao aproximar-se do horizonte de eventos,
o efeito de lente gravitacional tornar-se-ia tão extremo
que um dos meus robots conseguiria olhar em frente
e acabar por ver as suas próprias costas,
a luz presa para sempre num círculo eterno.
Esta é, então, a nossa viagem pelo buraco negro supermassivo
no centro da galáxia de Andrómeda.
Espantoso.
O que também é espantoso é que nada nos cálculos matemáticos
levou os cientistas a imaginarem que os buracos negros poderiam chegar a ser tão grandes.
Por mais estranhos que sejam,
buracos negros de massa estelar comum,
pelo menos foram previstos pela teoria.
Os supermassivos são uma surpresa total.
Em relação aos buracos negros de massa estelar,
as pessoas pensaram neles segundo uma perspectiva teórica.
E depois, através da observação, encontrámo-los.
Com os buracos negros supermassivos, a história inverteu-se.
Na verdade, primeiro, encontrámos vestígios deles através da observação.
E agora estamos a trabalhar na teoria
de como é que estas coisas surgiram.
Nós já sabemos que as estrelas podem colapsar
para criar buracos negros comuns.
Mas os supermassivos são maiores por muitas ordens de magnitude.
O Cygnus X-1 é 15 vezes maior do que o nosso Sol.
O supermassivo no centro da nossa Via Láctea
é quatro milhões de vezes maior do que o nosso Sol.
O da galáxia de Andrómeda
é 100 milhões de vezes maior do que o nosso Sol.
E não é o maior -- nem de perto.
Há supermassivos com dez... até mesmo 20 milhares de milhões de vezes
a massa do nosso Sol.
Como é possível que se criem buracos negros tão gigantescos?
Poderão os supermassivos ser provenientes de estrelas colapsadas?
Isso parece muito pouco provável --
Não conhecemos estrelas que sejam milhares de milhões de vezes maiores do que o Sol.
Sabemos de buracos negros que podem vir de uma estrela moribunda.
Eles têm várias vezes a massa do Sol
contida dentro deles.
Mas milhões de vezes a massa do Sol...
Se for esse o caso, uma estrela moribunda não poderia, possivelmente, ser capaz de o criar.
Será então que estes supermassivos --
milhões ou até milhares de milhões de vezes mais pesados do que o Sol --
de alguma forma crescem , empanturrando-se como gigantes vorazes?
A coisa de loucos sobre os buracos negros é que eles se alimentam. . .
Estão constantemente a devorar tudo o que apareça
dentro da sua esfera de influência
para crescerem.
Mas como é que crescem exactamente?
O que é que comem e onde encontram a comida?
Acreditamos que os buracos negros crescem
por acreção de gás.
E a forma como isto funciona é que há imenso gás por perto,
no centro de uma galáxia,
e esse gás então juntar-se-ia e formaria um disco de acreção. . .
O disco de acreção é feito de hidrogénio, hélio
e outros elementos na forma gasosa.
A imensa gravidade do buraco negro
puxa o gás na sua direcção.
Enquanto gira à volta,
orbita cada vez mais perto do buraco negro
e o processo de alimentação começa.
O material nas regiões interiores seria lentamente puxado para dentro,
acelerado, chegaria ao horizonte de eventos
e pronto... foi-se.
Qualquer gás que atravesse o horizonte de eventos desaparece para sempre.
O buraco negro absorveu esse material.
Portanto, efectivamente soma-se à massa do buraco negro.
Então esta é uma forma de um buraco negro poder crescer:
mordiscando gradualmente gás e poeiras.
Mas não é a única forma.
O Cygnus X-1 tem, lentamente, removido material . .
de uma estrela próxima -- . .
um processo que provavelmente irá decorrer
durante milhares ou milhões de anos.
Mas e se um buraco negro conseguisse despedaçar uma estrela inteira
numa questão de anos ou até de semanas?
Esse seria um acontecimento muito violento.
E uma equipa de exploradores espaciais está à espreita.
Este é o Centro de Controlo de Operações para um telescópio espacial...
Estou a captar muito bem, cinco por cinco...
Mostrámos o início do rasto às 03:30.
... o Observatório de raios-X Chandra.
A orbitar até quase aos 138 000 quilómetros acima da Terra,
o Chandra capta imagens de alta resolução
de objectos que emitem raios-X.
Este é um deles: um evento de curta duração, extremamente violento
chamado transiente,
que fascina James Guillochon.
Supernovas, a destruição de planetas pelas suas estrelas hospedeiras.
Estou simplesmente fascinado com a destruição coisas pela ciência.
James está a investigar um mistério descoberto por um colega,
Dacheng Lin.
Esta mancha no ecrã de James
é, na verdade, uma súbita explosão de energia de raios-X,
captada acidentalmente.
Esta pequena mancha apareceu no fundo desta imagem.
E considerando a sua grande distância, . .
é, na verdade, extremamente brilhante. . .
Poderia ser um buraco negro apanhado a nascer
do colapso violento de uma estrela enorme, uma supernova?
Talvez.
Mas a radiação intensa libertada pela supernova
duraria apenas alguns meses.
Portanto, há quanto tempo é que este objecto misterioso está a disparar raios-X?
Para descobrir, eles olham para imagens dessa mesma parte do céu
tiradas em datas anteriores...
Nenhuns raios-X detectados. . .
Mas os raios-X estão lá apenas três meses depois, em Julho. . .
E o sinal poderoso e brilhante continuou . .
durante mais de dez anos, . .
de Julho de 2005 até ao presente, . .
demasiado tempo para ser uma supernova.
Então, o que poderá ser?
Um buraco negro que não se está a alimentar é silencioso e completamente escuro.
Não apareceria em nenhum telescópio.
Mas um buraco negro a alimentar-se é diferente.
Quando se alimenta, dispara raios-X.
Poderia então isto ser um buraco negro
que, de repente,começou a devorar qualquer coisa grande?
Que efeito irá isto ter em algo que se aproxime?
O que faria ele a uma estrela que vagueie perto demais?
Bem... Ele iria esfolá-la, camada por camada,
acabando por devorar...
... a estrela toda.
Ao contrário de Cygnus X-1, isto não é um simples mordiscar.
Isto é um banquete frenético de dez anos,
um buraco negro enorme a devorar uma estrela inteira
num piscar de olhos cósmico.
É o resultado de uma colisão ao acaso --
quando uma estrela azarada vagueia perto demais
e a imensa gravidade do buraco negro a faz em pedaços.
A gravidade do buraco negro
irá ficar progressivamente mais forte
à medida que a estrela se aproxima.
E, nessa altura, a estrela começará a deformar-se.
É a chamada 'ruptura das marés'.
É semelhante à forma como a gravidade da nossa Lua
facilmente move todos os oceanos do mundo.
As marés causadas por um buraco negro
seriam milhares de milhões de vezes mais fortes
e muito mais violentas.
Temos estes eventos
em que uma estrela pode ser despedaçada pelo buraco negro.
Veríamos então uma espécie de pluma de luz
do último suspiro do material da estrela.
Mas há uma possibilidade de alguma parte da estrela escapar,
tal como James ilustra.
À medida que a estrela é alongada pelas forças de maré do buraco negro,
estará, essencialmente, a alimentar o buraco negro
ao mesmo tempo que metade dela está a tentar escapar.
Então, tudo acima deste ponto, aproximadamente,
terá a possibilidade de abandonar a galáxia...
... move-se assim tão depressa.
E tudo abaixo deste ponto
irá cair para o buraco negro
e acabará por ser consumido por ele.
Esta é, então, outra maneira de um buraco negro ganhar peso.
Ao contrário do mordiscar lento e estável do Cygnus X-1,
este buraco negro está a devorar a maior parte de uma estrela
de um trago só.
Mas quer um buraco negro se alimente repentinamente,
ao engolir metade de uma estrela,
ou gradualmente, através de acreção,
os astrónomos continuam a enfrentar um problema quando tentam compreender
como é que os supermassivos ficam tão grandes --
o problema do tempo.
A dificuldade começa com os supermassivos muito mais antigos:
os quasares, aqueles objectos muito brilhantes, muito distantes,
e antigos,
descobertos pela primeira vez nos começos dos anos '60.
O enigma foi quando começámos a encontrar esses quasares, . .
quasares muito brilhantes, numa fase muito inicial do Universo. . .
13,05 MIL MILHÕES DE ANOS-LUZ DE DISTÂNCIA
Estão a emitir tanta energia . .
que têm de ter buracos negros supermassivos no seu centro. . .
Mas os quasares estão extremamente longe,
o que significa que eles fazem parte do início do Universo,
o qual começou há perto de 14 mil milhões de anos.
Quasares brilhantes,
600 milhões de anos após o Big Bang.
Uma fracção da idade actual.
E são enormes.
Portanto, buracos negros com milhares de milhões de massas solares, estes monstros,
tinham de estar lá quando o Universo
tinha cerca de 550 milhões de anos.
Agora temos um problema... . .
porque temos de fazer com que uma coisa cresça muito e muito depressa. . .
E estamos a bater contra algum tipo de limites físicos. . .
Quer um buraco negro esteja a mordiscar
ou a devorar a sua refeição,
acontece que a acreção -- a forma como os buracos negros se alimentam,
tem um limite de velocidade.
Com o nome do astrónomo Inglês Arthur Eddington,
o chamado Limite de Eddington não permite que um buraco negro
se alimente demasiado depressa
devido à luz que é expelida
do seu próprio disco de acreção.
A luz tem uma pressão.
Portanto, os fotões podem transmitir uma força a alguma coisa.
Vemos isto nos ventos das estrelas: a luz empurra gás para fora.
Portanto, há um limite para a velocidade a que um buraco negro se pode alimentar
antes que a sua própria luminosidade mitigue o seu próprio crescimento.
Perante este limite de velocidade, como é que os primeiros supermassivos --
quasares -- ficaram tão grandes, tão rapidamente?
Poderá haver uma forma de contornar totalmente o limite de velocidade?
O problema continua a ser o próprio tempo.
Como é que eles crescem
até mil milhões de vezes a massa do Sol?
Quais são as condições necessárias para esse tipo de crescimento?
Agora, alguns cientistas questionam:
e se houver uma forma de criar um buraco negro
que já seja muito mais massivo desde o nascimento,
dando-lhe um avanço à partida?
Se houvesse um mecanismo físico
que permitisse criar a semente de um buraco negro
que fosse muito mais maciço desde o início,
então, a questão do tempo já não é dificuldade
e o problema do crescimento não é tão agudo.
Alguns acreditam que a resposta
é criar um buraco negro directamente a partir de uma nuvem de gás:
Um cenário chamado colapso directo.
Começa com nuvens de gás feitas de hidrogénio, hélio
e outros elementos --
as mesmas matérias-primas de que nascem as estrelas.
As nuvens mais densas começarão a colapsar sob a sua própria gravidade.
À medida que colapsam, as partes mais densas
irão colapsar mais depressa.
E então o que acontece é a nuvem fragmentar-se.
Esses fragmentos continuam a colapsar
até os átomos de hidrogénio dentro deles começarem a fundir-se.
A fusão nuclear começa e estrelas são criadas.
Mas... e se uma nuvem gigante de gás colapsar sem criar estrelas?
Apercebemo-nos de que há um conjunto de condições físicas
que permite formar um disco de gás muito grande
anterior à formação de estrelas.
Este disco de gás começa a ficar instável.
Isso permitiria que a massa como que fluísse para o centro,
muito, muito rapidamente, e criasse um buraco negro gigante.
É algo que já todos vimos na Natureza,
desde os tornados às banheiras --
um vórtice.
Mas numa escala supermassiva.
Se estivermos numa banheira e retirarmos a válvula,
e virmos a água a fluir num vórtice,
a descer muito rapidamente, para o centro,
é exactamente isso que acontece.
O colapso directo talvez possa ser uma forma
de criar buracos negros muito grandes nos primórdios do Universo
a partir de nuvens enormes de gás,
saltando completamente a etapa estrelas.
Por serem tão grandes logo à nascença,
estes buracos negros do colapso directo
teriam algum avanço à partida que os ajudaria a crescer rapidamente
até serem os enormes jovens supermassivos que vemos
no Universo longínquo.
Potencialmente poderíamos ter estes buracos negros de colapso directo.
Então, buracos negros cujas massas originais,
-- massas-semente -- as massas iniciais,
têm entre 10 000 e talvez 100 000 vezes
a massa do Sol
e formam-se, desde o início, com essa massa.
O colapso directo pode explicar como é que os primeiros supermassivos enormes
tiveram o seu início.
Mas há uma outra questão fundamental sobre os supermassivos. . .
Qual é o papel deles no Universo? . .
A sua existência é apenas uma questão de acaso? . .
Ou será que estão ligados de alguma maneira mais substancial
à própria estrutura do Cosmos?
Os buracos negros supermassivos não existem isoladamente.
Parecem viver em parceria com as galáxias.
Colecções de milhões, milhares de milhões,
ou até biliões de estrelas mantidas reunidas pela gravidade,
as galáxias são os blocos fundamentais de construção do nosso Universo.
Serão então os buracos negros supermassivos nos seus centros,
de alguma forma, fundamentais para a sua própria existência?
Agora, iremos partimos do princípio que todas as galáxias,
mesmo as que ainda falta confirmar,
terão um buraco negro supermassivo no seu centro. . .
É possível que, em vez de serem meras curiosidades,
sejam um componente-chave para as galáxias,
um componente-chave para o Universo.
Apercebemo-nos, num curto período de tempo, . .
de que eles provavelmente habitam os centros de todas as galáxias. . .
E isso apenas pode acontecer
se houver alguma relação simbiótica
entre a evolução de uma galáxia
e o buraco negro supermassivo no seu núcleo.
Qual poderá ser essa relação?
Uma pista intrigante tem a ver com o tamanho.
Quanto maior a galáxia é,
maior o buraco negro aparenta ser. . .
Então estes buracos negros no centro . .
parecem conhecer o seu ambiente de maior escala. . .
Nesse caso... o que vem primeiro,
a galáxia ou o buraco negro supermassivo?
Não é assim tão simples.
Parece que eles, de alguma forma, crescem em conjunto.
É difícil para um formar-se primeiro e afectar o outro.
Por isso, actualmente pensamos que o que quer que formou um . .
tinha de formar o outro como subproduto desse processo. . .
E que tem de haver algum tipo de mecanismo de retroalimentação
entre o buraco negro e a galáxia
que mantém o crescimento dos dois em sincronia.
A maneira como as galáxias crescem formando novas estrelas
a partir de nuvens de gás hidrogénio.
O gás é essencialmente o combustível para a formação de estrelas, . .
tal como a gasolina é o combustível para os nossos carros. . .
E se se acabar o gás, acabam-se as estrelas novas.
Estarão então os buracos negros supermassivos
a interferir, de alguma forma, com a formação de estrelas?
Quando um buraco negro está a crescer, . .
uma quantidade tremenda de energia é libertada . .
e enviada para a galáxia. . .
E achamos que uma parte dessa energia é utilizada para aquecer gás. . .
E gás demasiado quente já não vai formar estrelas. . .
O calor produzido por um buraco negro em crescimento
impossibilita a formação de estrelas nas imediações.
E assim, uma maneira de um buraco negro em crescimento
influenciar a sua galáxia hospedeira é mitigar a formação de estrelas.
De facto, o crescimento do supermassivo
determina se a sua galáxia hospedeira cresce ou estagna.
Eles têm uma fase de alimentação
e, depois, uma fase inactiva.
Parecem então estar envolvidos
desse modo na formação da galáxia . .
e, ao mesmo tempo, na estabilização da mesma. . .
Então estes misteriosos supermassivos
podem efectivamente controlar a construção do Universo,
não tanto pelo seu tamanho,
mas pela forma como a energia que geram molda as galáxias.
Pela massa, se contarmos todos os buracos negros do Universo, . .
os mais pequenos assim como os supermassivos... . .
os ultramassivos, . .
os buracos negros não são nada.
No entanto, a quantidade de energia que a galáxia recebe
e a que altura em que se forma,
parecem ser ditadas pelo buraco negro central.
Portanto, podem bem ser os elementos-chave do Universo.
Nos próximos dois anos, a NASA pretende lançar
o Telescópio Espacial James Webb.
O telescópio mais poderoso de sempre da humanidade,
o James Webb, é projectado para observar o infravermelho,
permitindo ver mais para trás no tempo do que o Hubble,
e olhar para as primeiras estrelas e galáxias
que se formaram após o Big Bang.
Há grandes esperanças de que o Telescópio Espacial James Webb
ajude a resolver muitos dos mistérios que ainda persistem
a respeito dos primeiros buracos negros supermassivos.
O Telescópio Espacial James Webb foi especificamente ajustado
para observar o Universo primevo quando as galáxias estavam a nascer.
Isso poderá dar-nos uma mais profunda compreensão
sobre como acabamos com um buraco negro supermassivo,
para já, na nossa Galáxia.
A tecnologia está a evoluir rapidamente
e, como resultado, temos novos pontos de vista fundamentais
sobre o Universo.
Penso que estamos efectivamente a viver uma era dourada da astronomia.
E o Telescópio Espacial James Webb
não é o único desenvolvimento novo que promete resolver
alguns dos mistérios à volta dos buracos negros.
UNIVERSIDADE DE HARVARD FACULDADE DE ARTES E CIÊNCIA
CENTRO MATEMÁTICO INICIATIVA BURACOS NEGROS
INICIATIVA BURACOS NEGROS - UNIV. HARVARD FAC. DE ARTES E CIÊNCIA
Creio terem componentes infravermelhos...
Um grupo de cientistas liderado por Shep Doeleman
está agora a tentar o impossível:
tirar uma fotografia de um buraco negro.
É interessante que possamos, de todo, dizer alguma coisa
sobre o fluxo de acreção perto do buraco negro.
E se alguma parte deste comportamento linear sobreviver,
talvez tenhamos uma maneira de o interpretar.
O projecto chama-se Telescópio de Horizonte de Eventos.
Basicamente, o objectivo principal do Telescópio de Horizonte de Eventos
é conseguir ver o que não se vê.
É para colocar no foco
algo que a ciência nos tem dito, desde há muitos, muitos anos, . .
que é precisamente uma coisa que não podemos observar -- . .
o buraco negro. . .
O alvo principal é o Sagitário A*,
o supermassivo no centro da nossa Via Láctea.
Eles estão a usar uma rede global de radiotelescópios.
Precisamos de um bom tempo atmosférico em oito telescópios diferentes
ao redor do mundo
e essa é uma condição difícil.
Mas se os buracos negros são invisíveis,
o que esperam eles fotografar exactamente?
O que estamos a tentar fotografar é a sombra.
Ora, enquanto este gás à volta do buraco negro
rodopia para dentro e atinge realmente o horizonte de eventos,
deixa uma silhueta,
uma sombra muito bem definida na luz circundante.
Então, na realidade, deve parecer-se com um donut, . .
com o seu buraco muito bem definido. . .
E é essa a fotografia que queremos conseguir. . .
Se eu converter isso em frequências,
obtenho ali dois pi ao quadrado.
A equipa realizou a sua primeira ronda de observações
e está neste momento a processar as informações.
OK, dizes que a velocidade direccional...
Espera-se que estas novas tecnologias
nos dêem uma visão sem precedentes dos buracos negros no nosso Universo. . .
Mas há uma nova tecnologia que já está a apresentar resultados.
E isso traz-nos de volta aqui, ao LIGO,
um actor-chave no drama dos buracos negros,
a uma ideia que criou raízes muito à frente do seu tempo:
ondas gravitacionais.
Com a relatividade geral, a sua teoria da gravidade,
Einstein prevê que, quando um objecto se move,
cria ondulações no espaço e no tempo --
uma compressão e alongamento reais do próprio espaço.
Um Santo Graal — um deles — da Física do século XX
era detectar estas ondas gravitacionais.
Não era fácil de fazer
com a relatividade geral,
porque todos os efeitos em que se pudesse pensar . .
eram infinitamente pequenos. . .
Muito, muito difíceis de medir. . .
A ideia era que se as ondas gravitacionais pudessem ser medidas
confirmar-se-ia a previsão de Einstein.
E poderia haver um benefício extra --
talvez pudesse também provar a existência de buracos negros
e ajudar a resolver o mistério de como os supermassivos crescem.
Mas como se detectam ondas gravitacionais?
Em 1970, o problema chamou a atenção
de um jovem físico experimental, Rai Weiss.
Rai tinha uma experiência passada perfeita para procurar ondas gravitacionais.
Durante décadas, ele tinha andado a trabalhar com ondas mais familiares --
as ondas sonoras.
Éramos imigrantes,
éramos judeus Alemães.
E muitos amigos nossos interessavam-se muito, muito por música.
Rai dedicou-se
a extrair todas as nuances subtis que conseguia
de música gravada.
Aqueles discos tinham um problema terrível.
Quando a música estava alta, soava maravilhosamente.
Quando a música estava baixinha e lenta,
o que se ouvia era isto...
... assim.
Um ruído sibilante.
E isso era tão irritante.
As lições que ele aprendeu a tentar eliminar o ruído das gravações
iriam compensar mais tarde,
quando Rai vira a sua atenção
para a detecção de ondas gravitacionais.
É preciso compreender
como é que uma onda gravitacional faz o seu trabalho sujo.
Como problema de Física,
as ondas gravitacionais não diferem das ondas sonoras.
Suponhamos que a onda vem de uma coisa
que está, de alguma maneira, a mover-se e a oscilar.
Uma onda sonora comprime e expande ar.
Uma onda gravitacional comprime e expande espaço
e tudo o que nele existir.
Se uma onda passasse pela Terra,
faria com que o espaço
se expandisse momentaneamente e depois voltasse a contrair-se.
Continua a fazê-lo, é esta coisa
que faz... blup, blup, blup... e por aí fora, assim.
Portanto, como é que se mede
a pequeníssima expansão e contracção do espaço?
A ideia de Rai foi utilizar luz.
Envia-se um feixe de luz
de um sítio para outro
e mede-se o tempo que demora a chegar lá.
Foi assim que foi calculada a distância exacta até à Lua:
fazendo reflectir um feixe de laser emitido da Terra
por um espelho lá deixado pelos astronautas da Apollo 11.
t = 2,57 SEGUNDOS
A partir da duração da viagem de ida-e-volta,
os cientistas puderam determinar a distância.
Rai inventou um design engenhoso
para um instrumento que utiliza lasers e espelhos
para detectar as ténues expansões e contracções do espaço
que seriam causadas por uma onda gravitacional.
Chama-se um interferómetro a laser.
Funciona ao disparar um laser para um divisor.
Metade da luz continua em frente
em direcção a um espelho,
enquanto a outra metade é enviada para outro espelho.
Os espelhos distantes vão reflectir os feixes de luz para trás,
para onde eles se irão reencontrar num fotodetector.
Se a distância que os dois feixes percorrem for exactamente a mesma,
o sistema está concebido para que os dois feixes se cancelem um ao outro.
O detector não regista nada.
Está montada a armadilha para medir a onda gravitacional.
Seja então a onda gravitacional que se dirige,
por assim dizer, a esta estrutura.
Se uma onda gravitacional a atravessar,
ela altera por um instante o comprimento dos braços.
Os feixes de luz reflectidos já não regressam ao mesmo tempo
para se cancelarem um ao outro.
Chega uma onda gravitacional.
Aparece luz no detector.
A armadilha dá sinal.
É essa a ideia básica.
É uma medição muito simples.
Uma ideia inteligente e, em princípio, simples.
Mas o diabo -- e o prémio Nobel,
está nos detalhes.
A diferença de comprimento entre os dois braços
iria ser minúscula para além da imaginação.
Minúscula a que ponto? Beeem... tomemos o tamanho de um átomo.
É menos do que isso.
Desçamos por um factor de 100 000.
É o núcleo de um átomo.
É menos do que isso.
Era 100 vezes menos do que isso.
Estamos a falar de algo realmente pequenino, diminuto... . .
Pensei que era uma loucura.
Penso que a reacção inicial de qualquer pessoa à ideia
seria que isto ia ser impossível.
Em 1973, Kip Thorne registou o seu cepticismo
num livro que se tornou um clássico,
duvidando de que alguma vez resulte.
GRAVITAÇÃO
Mas Kip nunca ouviu Rai Weiss
explicar detalhadamente o seu plano.
E quando ouve...
Passámos a noite toda a falar.
E então eu disse: "Não, não, não é muito possível."
E muito rapidamente... 20 minutos, meia hora talvez,
Kip estava a compreender tudo perfeitamente e diz: "Sim!"
E engoli o sapo durante o resto da minha carreira,
porque tendo falado com o Rai detalhadamente sobre isso,
decidi que iria passar uma grande parte
do resto da minha carreira a ajudar os experimentadores.
Mas vão ser precisos 40 anos
e somas enormes
para tornar real a visão de Rai e Kip.
Conseguir financiamento para o LIGO
foi extremamente controverso.
Centenas de milhões de dólares . .
para detectar um sinal que nunca tinha sido visto. . .
OBSERVATÓRIO HANFORD
Havia muitas pessoas que temiam
que o LIGO secasse o orçamento todo.
E então não faltou controvérsia.
Com o que toda a gente concordava era
que isto era extremamente difícil.
Com um instrumento tão sensível,
um dos maiores desafios . .
é o antigo inimigo da alta fidelidade de Rai Weiss: o ruído. . .
Movimentos do solo.
O movimento sísmico da Terra.
Ruído acústico,
sons...
Tudo tenderia a fazer mover esse espelho.
Acontece que até o vazio de um vácuo total
cria um problema potencialmente incapacitante.
A distâncias subatómicas,
a estranha aleatoriedade do mundo quântico
provoca um tumulto nos espelhos.
Este ruído quântico é devido às flutuações quânticas.
Estes espelhos estão a fazer aquilo que um electrão faz dentro de um átomo:
oscilar.
Sensibilidade delicada,
vácuo extremo,
centenas de milhares de circuitos electrónicos...
O LIGO é um dos instrumentos mais complexos
da história da ciência.
E como meio definitivo de eliminar sinais falsos,
constroem não uma,
mas duas instalações completas:
Uma no estado de Washington e outra na Louisiana.
E assim, os criadores do LIGO acertaram.
Desenharam mais do que um detector,
separados um do outro por uma grande distância,
para que, em caso de se detectar algo num e não no outro, . .
se poder voltar atrás e verificar a electrónica toda. . .
Verificar se foi o 1 de Abril das mentiras
e se não foi alguém que andou a mexer nos botões.
Começos do Outono de 2015.
Ambos os locais estão em funcionamento,
mas a primeira pesquisa científica oficial ainda não começou.
Ainda estão a testar.
Às primeiras horas de Domingo, 14 de Setembro de 2015,
um cientista na Louisiana toma uma decisão afortunada.
Robert Schofield tem estado a trabalhar o fim-de-semana todo,
a fazer as calibrações finais.
Muito bem, vamos lá ver um espectro.
Ele tem um último teste.
Então vamos lá a ver de onde é que este computador está a receber energia.
Mas é tarde e o equipamento não está a cooperar.
Eram para aí umas quatro da manhã
e ainda tínhamos uma hora de trabalho pela frente.
E estávamos a pensar:"As coisas não estão a correr muito bem e eu estou mesmo cansado.
Vamos não fazer esta última hora de trabalho." . .
Dão a noite por terminada.
E 40 minutos depois,
no silêncio da sua inactividade,
eles abrem a porta à História.
Uma onda gravitacional poderosa ressoa através de ambos os detectores,
na Louisiana e em Washington.
Se Robert Schofield tivesse trabalhado mais 40 minutos naquela noite,
com os instrumentos em modo de teste,
um sinal que vinha a caminho há 1,3 mil milhões de anos
nunca teria sido registado.
Eu gosto de dizer
que um dos meus maiores contributos para o LIGO
foi a minha preguiça naquele dia.
Eu recebi um e-mail de alguém daqui a dizer:
"Veja este local na rede."
Eu olhei para aquilo e disse: "Santa...!"
Era tão forte
que era possível ver a olho nu nos dados.
Era bom demais para ser verdade.
Mas era verdade.
Na verdade, era sonoro e surpreendentemente nítido.
E estava a cantar para ti.
Ali estava, em destaque.
O sinal durou menos de um segundo
mas, nesses brevíssimos momentos,
transmitiu uma mensagem cosmicamente profunda
que demorou mais de mil milhões de anos a chegar,
para provar a existência de buracos negros.
O que nós vimos no sinal
envolvia oscilações dos espelhos que eram inicialmente lentas,
tornarem-se cada vez mais rápidas.
E era precisamente este o tipo de comportamento
que se esperava de ondas gravitacionais
causadas por dois buracos negros a andar à volta um do outro,
juntos numa espiral.
Dois buracos negros massivos,
um com 29 vezes a massa do Sol,
o outro com 36 vezes a massa do Sol,
a rodopiarem um à volta do outro centenas de vezes por segundo,
completando, por fim, o seu acto de destruição mútua ao fundirem-se...
e criarem um buraco negro único e maior, com 62 massas solares.
A fusão violenta converte parte da massa
numa libertação apocalíptica de energia,
muito para além do que quer que fosse que já se tivesse anteriormente testemunhado.
A colisão, com efeito,
cria uma verdadeira tempestade no tecido ou na forma
do espaço e do tempo,
como se se tivesse pegado em três Sóis,
os tivesse aniquilado completamente
e convertido em ondas gravitacionais.
A potência foi 50 vezes superior à potência de saída
de todas as estrelas do Universo juntas.
Só uma fracção de segundo...
mas... a explosão mais poderosa
de que os humanos alguma vez tiveram indícios
com excepção do Big Bang.
Desde esse primeiríssimo sinal em Setembro de 2015,
o LIGO já detectou várias outras colisões de buracos negros.
Em Outubro de 2017, Rai Weiss, Kip Thorne
e o anterior director do LIGO, Barry Barisch,
receberam o prémio Nobel.
As descobertas do LIGO provam que os buracos negros podem fundir-se --
uma forma de crescerem rapidamente.
Mais e mais provas destas fusões de buracos negros dizem-nos . .
que há muitos destes buracos negros estelares, . .
que se conseguem encontrar e... e fundir. . .
E a descoberta abriu uma forma totalmente nova
de observar o Universo.
Sempre pensámos na astronomia como um campo de observação, . .
onde estamos a olhar para radiação. . .
Estamos a ver coisas.
Mas isto não é radiação.
Isto é algo muito mais fundamental.
São uma espécie de tremores fundamentais no próprio espaço-tempo.
Agora, podemos ouvir o Universo.
Pela primeira vez,
os astrónomos viram e ouviram em simultâneo um evento cósmico.
Em Agosto de 2017, o LIGO detectou ondas gravitacionais
provenientes de uma colisão de duas estrelas de neutrões.
Os buracos negros são espaço vazio,
mas as estrelas de neutrões são estrelas mortas densas
que podem chocar entre si e iluminar os céus.
Quando telescópios e satélites de todo o globo
apontaram na direcção do som,
o mundo viu fogo de artifício
numa colisão explosiva e brilho remanescente.
Possivelmente, a colisão resultou na criação
de um novo buraco negro.
Mas a não ser que observemos a formação de um buraco negro,
ainda há muita coisa que nunca saberemos.
Como tanta coisa sobre buracos negros
irremediavelmente fora do nosso alcance,
nunca podemos saber de onde vieram,
o que está no seu interior nem a sua história.
Mas podemos imaginar o seu futuro.
O número de buracos negros no Universo está a aumentar.
E estão a ficar maiores.
Estrelas colapsam,
os buracos negros alimentam-se e fundem-se,
formam-se novos buracos negros.
Será possível que, um dia,
tudo vá acabar dentro deles
e eles controlem o Universo?
Incontáveis biliões e biliões de anos após isso acontecer,
e os últimos pedaços de matéria cruzarem os seus horizontes de eventos,
os buracos negros, eles próprios, talvez possam irradiar-se
e desaparecer desta realidade.
Os seus mistérios são muitos e estamos apenas a começar
a desvendar os segredos destes locais estranhos e poderosos.
Mas uma coisa é certa.
Os buracos negros continuarão a intrigar-nos...
... a tantalizar-nos
e a desafiar tanto a nossa ciência como a nossa imaginação.
EM MEMÓRIA DE CAROLYN LYNCH.
EM AGRADECIMENTO PELA SUA PAIXÃO PELA CIÊNCIA E DEDICAÇÃO À EDUCAÇÃO.
Tradução/Adaptação: Macm 2019