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Especial Einstein

George Matsas: Para além da ficção

Equações de Einstein permitiram supor a existência de buracos negros

Matsas: a ciência moderna superou a ficção

marcia minilloMatsas: a ciência moderna superou a ficçãomarcia minillo

Pouco depois de ter completado 76 anos, Albert Einstein morreu em 18 de abril de 1955 em Princeton, nos Estados Unidos. Deixou o mundo possivelmente duvidando da existência de um dos objetos celestes mais fascinantes e misteriosos hoje conhecidos pela astrofísica: os buracos negros. Ironicamente, a presença de corpos extremamente densos e compactos, dotados de um campo gravitacional descomunal capaz de atrair toda a matéria ao seu redor, inclusive a luz, estava codificada na teoria da relatividade geral, formulada por Einstein em 1915. “Tanto quanto eu saiba, Einstein morreu não acreditando que buracos negros existiriam na natureza”, disse George Matsas, professor do Instituto de Física Teórica da Universidade Estadual Paulista (Unesp), na palestra do dia 23 de novembro intitulada “Buracos negros: rompendo os limites da ficção”, mesmo nome do livro que escreveu ao lado de Daniel Vanzella, professor do Instituto de Física da Universidade de São Paulo (USP) de São Carlos. Ao que tudo indica, o gênio, nesse caso, estava errado. Embora não haja ainda provas diretas da existência de buracos negros, surgiram, a partir dos anos 1960, evidências observacionais consistentes de que esses grandes sugadouros de matéria não são apenas frutos de cálculos matemáticos ou da imaginação de físicos. “Hoje é impossível falar em astrofísica sem considerar a existência dos buracos negros. A ciência moderna superou a ficção e isso é maravilhoso.”

Matsas deu uma pequena aula sobre buracos negros. Explicou o que eles são, como se formam e qual a influência que exercem sobre corpos vizinhos no Cosmos. Como o nome indica, buracos negros não emitem luz e não podem ser vistos de forma direta. Sua presença é inferida pelas perturbações que sua enorme força gravitacional provoca na vizinhança. O físico tranqüilizou a platéia. Disse que não há risco de se produzir um buraco negro no Sistema Solar – a massa do Sol não permite que, ao morrer, ele vire um buraco negro – ou na Terra devido a algum acidente. “Experimentos realizados em aceleradores de partículas como o Large Hadron Collider (LHC), do Centro Europeu de Pesquisas Nucleares (Cern), em Genebra, não têm condições de criar buracos negros capazes de destruir a Terra. Aliás é muito improvável que venham a ser criados buracos negros no LHC.” Tipicamente os buracos negros se formam a partir da morte de estrelas com massas enormes. O que faz uma estrela se manter estável é o equilíbrio entre duas forças opostas: uma que exerce pressão de dentro para fora do astro (o processo de fusão nuclear a partir da qual há geração da luz que vemos) e outra de sentido contrário (a gravidade). Quando acaba o combustível que sustenta a fusão nuclear, basicamente o hidrogênio e outros elementos leves, a força gravitacional passa a prevalecer. “A estrela então começa a colapsar”, afirmou.

Muitos mistérios
Em estrelas grandes com massas de umas dez vezes a do Sol ou mais, o resultado desse desequilíbrio provoca uma enorme explosão denominada supernova. O evento cataclísmico expele grande parte da massa da estrela. Se a estrela tiver umas 30 vezes a massa do Sol, após a explosão, a fração restante de matéria se concentra numa região de densidade infinita, com um descomunal campo gravitacional, onde, de acordo com a relatividade de Einstein, a curvatura do espaço-tempo é infinita (ou seja, a noção de tempo e espaço não existe mais). Essa região é denominada singularidade. É o coração do buraco negro. A circunferência que determina os limites do buraco negro recebe o nome de horizonte de eventos. Qualquer tipo de matéria ou energia que entre no horizonte de eventos, como um barco que cai num redemoinho, é sugado pelo buraco negro. “As mesmas equações de Einstein que usamos para garantir o funcionamento do GPS são empregadas para estudar o interior dos buracos negros”, comentou Matsas.

A primeira evidência científica mais confiável da presença de buracos negros no Universo data de 1964 (e até hoje é estudada). Nesse ano, os astrofísicos começaram a observar uma estrela gigante, de 30 massas solares, da constelação de Cisne, que parecia orbitar em torno do nada, ou melhor, de uma fonte de raios X invisível a olho nu. A melhor explicação para a formação desse aparente sistema binário é a presença de um buraco negro, o Cygnus-X1, com massa equivalente a dez sóis, na vizinhança da estrela. Acredita-se que o buraco negro esteja engolindo paulatinamente a massa da estrela e crie, fora de seus limites, mas em torno de si, um disco de acréscimo de matéria. Uma das assinaturas físicas desse processo é a emissão de raios X ainda antes de a matéria ser engolida pelo buraco negro. Com o auxílio de potentes equipamentos enviados ao espaço pelo homem, como o telescópio Hubble (que opera no espectro da luz visível) e sobretudo o Observatório de Raios X Chandra, lançado pela Nasa em 1999, os astrofísicos passaram a contar com meios mais eficazes de observar indiretamente os efeitos causados (provavelmente) pela presença desses sugadores de matéria em algumas regiões do Universo.

Hoje os astrofísicos afirmam que há vários tipos de buraco negro, inclusive no centro de muitas galáxias, como a nossa Via Láctea. “Uma parte significativa da matéria de uma galáxia, talvez até 1%, está na forma de um buraco negro”, disse Matsas. Há muitos mistérios ainda em torno desses objetos invisíveis que sugam matéria. Em 1974, o famoso físico inglês Stephen Hawking propôs que os buracos negros emitem uma forma de radiação que pode levar à sua evaporação. Essa teoria, ainda não comprovada, é hoje conhecida como efeito Hawking. Alguns pesquisadores acreditam que o estudo dos buracos negros levará a uma melhor compreensão das relações entre o espaço e o tempo e possa ser importante para formular a teoria da gravitação quântica, que fundiria os preceitos da mêcanica quântica com a relatividade geral de Einstein. “Os buracos negros podem ser a porta de entrada para compreender a gravitação quântica”, disse Matsas.

Buracos negros: rompendo os limites da ficção
George Emanuel Avraam Matsas, físico  e professor titular do Instituto de Física Teórica (IFT) da Universidade Estadual Paulista (Unesp),  coautor, com Daniel Vanzella, de Buracos negros: rompendo os limites da ficção (Vieira e Lent).

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