Neste ano, o prêmio Nobel de Física foi entregue ao inglês Roger Penrose por mostrar como buracos negros poderiam ser formados e ao alemão Reinhard Genzel e à americana Andrea Ghez pela descoberta de um objeto super massivo no centro da Via Láctea (veja a imagem). Ghez é a quarta mulher a ganhar o prêmio Nobel de Física. Anteriormente, Marie Curie em 1903, Maria Goeppert Mayer em 1963 e Donna Strickland em 2018 foram as ganhadoras [1].
A teoria da relatividade proposta por Einstein em 1925 explica a força que chamamos de gravidade, em que objetos tentam seguir uma linha reta em um universo com geometria deformada por matéria e luz. Dessa forma, os planetas e feixes de luz seguem caminhos curvos, como bolas girando em torno de uma roleta (2). De acordo com essa teoria, no ano seguinte, o russo Karl Schwarzschild mostrou que corpos de massas muito grandes produzem deformações no espaço-tempo, o que resultaria na formação de buracos negros, como previamente previsto por Einstein. Em 1930, o físico Robert Oppenheimer calculou que o colapso de uma estrela de grande porte resultaria na formação de um buraco negro, já que quando acabasse seu combustível, a estrela explodiria e se encolheria de forma tão densa que sua gravidade puxaria para dentro de si tudo que houvesse ao seu redor (3).
Em 1965, Penrose mostrou a partir de soluções matemáticas com o uso de topologia geométrica que a formação de buracos negros é inevitável a partir de uma distribuição “normal” da matéria. Anteriormente, cientistas faziam cálculos pressupondo que estrelas eram totalmente esféricas, o que não é realmente o caso. Penrose mostrou que mesmo estrelas sem comportamento esférico, mas que tinham perturbações, poderiam colapsar e levar à formação de um buraco negro [2, 3]. Ele também descreveu a borda de um buraco negro, chamada de horizonte de evento, como um local em que teríamos de nos mover em uma velocidade maior do que a da luz para que pudéssemos escapar de sermos engolidos – isso seria impossível. Com seus estudos, Penrose determinou que há certas condições em que as leis universais da física não se aplicam, como no centro de um buraco negro. Neste caso, toda a sua massa está concentrada em uma região muito pequena, um ponto, também chamado de “singularidade” no espaço-tempo. Nesse ponto, a gravidade, a densidade entre outras quantidades físicas chegam ao infinito. As equações matemáticas que apresentam infinito deixam de fazer sentido. O buraco negro seria um portão para o fim do tempo e do universo [4]. Com a colaboração do físico Stephen Hawking que faleceu em 2018 e por isso não pode receber o Nobel, eles tentaram provar que se a teoria da relatividade estiver correta, o universo também teve um começo. Assim, esses estudos ajudam a entender não apenas os buracos negros, mas também o Big Bang e mostram que nossos conceitos de física têm um limite [2]. Por essas grandes descobertas, Penrose recebeu metade do valor do prêmio Nobel de Física de 1,1 milhão de dólares.
Os cientistas também procuravam por imagens de buracos negros no universo para comprovar a sua existência. O centro de galáxias, como a Via Láctea, era um dos lugares mais promissores em que poderíamos encontrá-los, porém, devido a grande quantidade de estrelas e longa distância, essa tarefa não foi fácil. Felizmente, nos anos 90, Genzel e Ghez utilizaram as melhores tecnologias e microscópios para conseguir isolar e seguir a trajetória de estrelas na região mais central da Via Láctea. Essas trajetórias foram então percebidas como órbitas ao redor de um ponto escuro cuja massa é 4 milhões de vezes a massa do Sol, um buraco negro supermassivo [2, 5] (Figura 1). Por essa razão esses cientistas compartilharam a outra metade do valor do prêmio Nobel de Física deste ano.
Gostaram dessas descobertas? Na semana que vem vamos falar sobre a pesquisa desenvolvida pelos ganhadores do prêmio Nobel de Química. Até lá!
por Bianca Ribeiro
Referências:
(1) https://www.nobelprize.org/prizes/physics/ Acessado em 13 de dezembro de 2020.
(2) https://www.nytimes.com/2020/10/06/science/nobel-prize-physics.html Acessado em 13 de dezembro de 2020.
(3) https://revistapesquisa.fapesp.br/nobel-de-fisica-premia-estudos-sobre-buracos-negros/ Acessado em 13 de dezembro de 2020.
(4) https://www.bbc.com/portuguese/geral-54462160 Acessado em 13 de dezembro de 2020.
(5) https://eventhorizontelescope.org/blog/wobbling-shadow-m87-black-hole Acessado em 13 de dezembro de 2020.