Einstein pode estar errado sobre buracos negros

“O que vemos nestas imagens não é o buraco negro em si, mas sim a matéria quente na sua vizinhança imediata”, explica o professor Luciano Rezzolla da Universidade Goethe de Frankfurt, cuja equipa desempenhou um papel crucial na descoberta. “Enquanto a matéria ainda estiver girando fora do horizonte de eventos – antes de ser inevitavelmente atraída – ela poderá emitir sinais finais de luz que podemos, em princípio, detectar.”

A Teoria de Einstein e o Mistério dos Buracos Negros

Estas imagens impressionantes revelam o que os cientistas chamam de “sombra” de um buraco negro, oferecendo uma nova maneira de investigar a física por trás destes misteriosos gigantes cósmicos. Por mais de um século, a teoria geral da relatividade de Einstein tem sido a base da nossa compreensão do espaço e do tempo. Prevê a existência de buracos negros e do horizonte de eventos, uma fronteira além da qual nada – nem mesmo a luz – pode escapar.

“Existem, no entanto, também outras teorias ainda hipotéticas que prevêem igualmente a existência de buracos negros”, observa Rezzolla. “Algumas dessas abordagens exigem a presença de matéria com propriedades muito específicas ou mesmo a violação das leis físicas que conhecemos atualmente”.

Testando as ideias de Einstein com sombras de buraco negro

Em colaboração com colegas do Instituto Tsung-Dao Lee, em Xangai (China), Rezzolla e sua equipe propuseram uma nova forma de testar essas teorias alternativas. Seu trabalho, publicado em Astronomia da Naturezadescreve como futuras observações de buracos negros poderiam ajudar a confirmar ou desafiar o modelo de gravidade de Einstein. Até agora, não havia dados suficientes para verificar ou rejeitar ideias concorrentes, mas isso pode mudar em breve através de análises detalhadas de imagens de sombras de buracos negros.

“Isso requer duas coisas”, explica Rezzolla. “Por um lado, imagens de sombras de buracos negros em alta resolução para determinar o seu raio com a maior precisão possível e, por outro lado, uma descrição teórica de quão fortemente as várias abordagens se desviam da teoria da relatividade de Einstein.”

Simulações revelam como as teorias divergem

Para resolver isto, a equipa produziu uma estrutura completa que descreve como os diferentes tipos teóricos de buracos negros variariam em relação às previsões de Einstein e como essas diferenças apareceriam nas imagens. Eles usaram simulações computacionais tridimensionais avançadas para reproduzir o movimento da matéria e dos campos magnéticos no espaço-tempo distorcido que circunda os buracos negros. A partir destas simulações, eles criaram imagens sintéticas do plasma brilhante que circunda estes imensos objetos.

“A questão central era: até que ponto as imagens dos buracos negros diferem significativamente nas várias teorias?” diz o autor principal Akhil Uniyal do Instituto Tsung-Dao Lee. Os pesquisadores identificaram padrões claros que, com imagens mais nítidas no futuro, poderiam ajudar os cientistas a determinar qual teoria melhor corresponde à realidade. Embora a resolução actual do EHT ainda não consiga detectar estas distinções sutis, as melhorias na tecnologia tornarão gradualmente possíveis tais comparações. Para se prepararem para isto, os físicos desenvolveram uma descrição universal dos buracos negros que pode abranger muitos quadros teóricos diferentes.

A teoria de Einstein ainda se mantém forte – por enquanto

“Uma das contribuições mais importantes da colaboração EHT para a astrofísica é transformar buracos negros em objetos testáveis”, enfatiza Rezzolla. “Nossa expectativa é que a teoria da relatividade continue a se provar, assim como tem feito repetidamente até agora.” Até agora, as descobertas permanecem consistentes com a teoria de Einstein, embora as incertezas nas medições signifiquem que apenas algumas ideias exóticas foram descartadas. Por exemplo, os buracos negros em M87 e na Via Láctea quase certamente não são “singularidades nuas” (sem horizonte de eventos) ou buracos de minhoca. Ainda assim, observa Rezzolla, “Mesmo a teoria estabelecida deve ser continuamente testada, especialmente com objetos extremos como buracos negros”. Se algum dia se provasse que o modelo de Einstein falhou, isso marcaria um momento revolucionário na física.

Uma Nova Era de Observação Cósmica

O EHT oferece uma oportunidade sem precedentes para essas investigações. Ao combinar dados de vários grandes radiotelescópios em todo o mundo, cria efetivamente um telescópio tão grande quanto a Terra, capaz de capturar detalhes finos em torno de buracos negros. Já estão em andamento planos para adicionar mais observatórios à rede e, eventualmente, incluir um radiotelescópio no espaço, o que aumentaria enormemente a sua resolução.

Tais avanços poderiam tornar possível a realização de testes verdadeiramente definitivos de teorias concorrentes de buracos negros. De acordo com o novo estudo, isso exigiria alcançar uma resolução angular de menos de um milionésimo de segundo de arco – aproximadamente o equivalente a localizar uma moeda na superfície da Lua a partir da Terra. Embora esse nível de precisão ainda não seja possível, os cientistas esperam que esteja ao nosso alcance nos próximos anos, potencialmente abrindo um novo capítulo na nossa compreensão da gravidade e do próprio universo.