Buracos negros recebem prêmio Nobel de Física em 2020

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Buracos negros recebem prêmio Nobel de Física em 2020
Três laureados compartilham o prêmio Nobel de física deste ano por suas descobertas sobre um dos
fenômenos mais exóticos do universo: o buraco negro.
Crédito da imagem: Niklas Elmehed. ? Nobel Media (tradução)
O Prêmio Nobel de Física de 2020 deste ano foi concedido a três cientistas – Roger Penrose, Andrea
Ghez e Reinhard Genzel – que contribuíram significativamente para a nossa compreensão de um dos
fenômenos mais intrigantes e paradoxais do universo: buracos negros. O prêmio é concedido por
estabelecer que os buracos negros podem se formar dentro da teoria da relatividade geral, bem como a
descoberta de um objeto compacto supermassivo, compatível com um buraco negro, no centro de nossa
galáxia.
Uma solução para a teoria da relatividade de Einstein
A existência de objetos escuros no espaço que são tão densos que nada, nem mesmo a luz, pode
escapar de seus campos gravitacionais, foi prevista pela primeira vez em 1793 pelo astrônomo inglês
John Michell, que postulou que os corpos celestes poderiam se tornar tão densos que seriam invisíveis.
Mais de um século depois, esses corpos invisíveis ou “buracos negros” – um termo cunhado em 1967
pelo físico John A. Wheeler também foi previsto pela teoria da relatividade de Albert Einstein, e que
muitos físicos notáveis, astrônomos e matemáticos pensavam ser apenas especulações teóricas.
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Diagrama esquemático mostrando o interior de um buraco
negro
O trabalho de Penrose realizado na década de 1960 provou ser essencial para a compreensão da
estrutura e da física dos buracos negros, e forneceu uma estrutura para os astrônomos procurarem
candidatos dentro do nosso universo. Em 1965, ele apresentou uma solução para a teoria da
relatividade de Einstein, que incluía o conceito-chave de uma “superfície armadilhada” para descrever a
estrutura de um buraco negro.
Uma superfície aprisionada é uma superfície fechada e bidimensional na qual o tempo e o espaço
mudam de papéis, com o interior da superfície sendo parecido com o tempo. Todos os raios são
direcionados para o seu centro, que termina em uma singularidade, um limite onde o tempo e o espaço
terminam.
Para fazer isso, Penrose inventou novos e engenhosos métodos matemáticos para descrever a física de
uma supernova, e com o qual ele provou que uma vez formada uma superfície aprisionada, era
impossível, dentro da teoria da relatividade geral, evitar o colapso em direção a uma singularidade. Em
outras palavras, uma vez que a matéria começa a entrar em colapso e uma superfície aprisionada se
forma, nada pode impedir que o colapso continue. Suas descobertas foram anunciados como o primeiro
resultado pós-insteiniano na relatividade geral, e por isso ele foi premiado com metade do Prêmio Nobel
de Física deste ano.
Um buraco negro no centro da nossa galáxia
Reinhard Genzel e Andrea Ghez compartilham a metade restante do prêmio por sua descoberta de que
um objeto invisível e extremamente pesado governa as órbitas das estrelas em nossa galáxia. Os físicos
há muito suspeitam que um buraco negro pode estar no centro da nossa galáxia, no entanto, a
observação direta tem sido elusiva do nosso ponto de vista na Terra.
Harlow Shapley foi o primeiro astrônomo a identificar o centro da Via Láctea, na direção da constelação
de Sagitário. Com observações posteriores, os astrônomos encontraram uma forte fonte de ondas de
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rádio lá, que recebeu o nome de Sagitário A.
Usando as órbitas das estrelas como guias, Genzel e Ghez produziram a evidência mais convincente até
agora para apoiar a teoria de que nossa galáxia contém um enorme buraco negro em seu centro.
Genzel e Ghez lideraram separadamente as equipes do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre
(MPE) e da Universidade da Califórnia, Los Angeles (UCLA), respectivamente, que nos últimos 30 anos
têm monitorado os movimentos das estrelas orbitando o que os astrônomos identificaram como o centro
galáctico.
Dado o quão lotada é a região ao redor do centro da nossa galáxia e o fato de que as nuvens
interestelares e a poeira obstruem a luz mais visível, as equipes usaram telescópios infravermelhos
baseados no Havaí e no Chili para fotografar estrelas na região. Através de uma série de avanços
técnicos, as equipes foram capazes de compensar distorções nos sinais como resultado da atmosfera
da Terra, que atua como uma lente em si e refrata qualquer luz que atinja a superfície da Terra -
curiosamente, é por isso que as estrelas brilham à noite.
Através do desenvolvimento contínuo da óptica adaptativa, sinais mais sensíveis foram coletados ao
longo do tempo e as órbitas precisas das estrelas determinadas no centro da nossa galáxia. Algumas
das estrelas-chave que estão sendo rastreadas que estão localizadas dentro de um raio de um mês-luz
do centro se movem rapidamente e aparentemente aleatoriamente dentro deste espaço, como um
enxame de abelhas. As estrelas fora deste raio, no entanto, seguem órbitas elípticas ordenadas.
Uma estrela, S2 ou S-O2, completa uma órbita do centro da galáxia em menos de 16 anos, o que é um
tempo extremamente curto quando comparado ao nosso próprio Sol, que leva mais de 200 milhões de
anos para completar uma volta ao redor do centro da Via Láctea.
Com base nos cálculos da equipe, o buraco negro em Sagitário A deve ter a massa de quatro milhões
de massas solares embaladas em uma área do tamanho do nosso sistema solar. Embora ainda não
tenhamos que fotografá-lo diretamente, o trabalho realizado por Genzel, Ghez e suas equipes de
pesquisadores já abriram caminho para novas capacidades, insights e os próximos passos em nossa
jornada para o centro da galáxia.
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“As descobertas dos laureados deste ano abriram novos caminhos no estudo de objetos compactos e
supermassivos. Mas esses objetos exóticos ainda fazem muitas perguntas que imploram por respostas e
motivam pesquisas futuras. Não apenas questões sobre sua estrutura interna, mas também questões
sobre como testar nossa teoria da gravidade sob as condições extremas nas imediações de um buraco
negro”, diz David Haviland, presidente do Comitê Nobel de Física.
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