A vida, tal como a conhecemos na Terra, apenas é possível devido a uma conjugação de vários factores. Talvez se possa dizer que a vida é como a conhecemos precisamente por esses factores. Um deles é a radiação de altas energias que vem do Sol e do resto do cosmos, como os raios X. Esta […]
A vida, tal como a conhecemos na Terra, apenas é possível devido a uma conjugação de vários factores. Talvez se possa dizer que a vida é como a conhecemos precisamente por esses factores.
Um deles é a radiação de altas energias que vem do Sol e do resto do cosmos, como os raios X. Esta luz consegue facilmente decompor moléculas e átomos: é cancerígena, os seus efeitos são basicamente semelhantes aos que sofremos quando expostos a material radioactivo.
Felizmente para a vida na Terra, a atmosfera bloqueia a maior parte desta radiação. A matéria a altas temperaturas emite raios X, portanto se quisermos ver as partes quentes do universo temos de encontrar uma forma de nos livrarmos da nossa atmosfera. Foi o que fizemos em 1964, enviando contadores Geiger num foguetão. Há muito que se pode dizer acerca do acto de satisfazer a curiosidade. A nossa vontade de saber o que acontecia a altas energias, apenas pelo conhecimento em si, levou-nos a enviar aparelhos num foguetão para fora da atmosfera terrestre. É um acto de grande generosidade para o conhecimento humano. E este acto é recompensado pelo cosmos, que se apresenta de forma diferente de acordo com a maneira como olhamos para ele. A nossa curiosidade é sempre aguçada pelo que encontramos quando procuramos alguma coisa.
Descobrimos nessa primeira viagem oito novas fontes de raios X, entre elas o primeiro objecto a ser identifica do como um candidato excelente a buraco negro, Cygnus X-1. Este objecto emite raios X e, mais ou menos na mesma posição, vemos uma estrela brilhante. Outras estrelas semelhantes não emitem essa radiação, portanto é razoável supor que a estrela tem um companheiro que causa a emissão de raios X. A estrela brilhante tem um período orbital de alguns dias e uma massa de cerca de 20 sóis. A análise da órbita da estrela brilhante permite concluir que o companheiro invisível tem uma massa de cerca de seis sóis. O físico Kip Thorne apostou que o companheiro é um buraco negro, porque é muito pequeno e escuro e porque tem uma massa superior a três sóis, logo não pode ser uma anã branca nem uma estrela de neutrões.
Em segundo lugar, a emissão de raios X é periódica: varia em escalas de tempo de cerca de 0,001 segundos. O que poderia explicar esta variação? Neste intervalo de tempo, mesmo a luz só percorre 300 quilómetros. A explicação mais razoável será que o companheiro é um buraco negro, com material em órbita (ao pé da última órbita estável), que emite raios X. Stephen Hawking, que tinha apostado contra Kip Thorne, deu-se por vencido quando lhe descreveram todas as características de Cygnus X-1 e admitiu que muito provavelmente se trata de um buraco negro 24. Contudo, a surpresa maior ainda estava para vir.
Legenda: A figura 20 permite-nos calcular a massa do objecto central responsável pela órbita da estrela S2. Vamos começar por estimar o raio da órbita dessa estrela. Como a figura nos dá o ângulo (em segundos de arco, ou, abreviadamente, arcsec) com que observamos a estrela, temos de converter primeiro para radianos. Ora a conversão é simples: da mesma maneira que uma hora tem 3600 segundos, um segundo de um arco é 1/3600 de 360 graus. Ora 360 graus são 2π radianos, portanto, 1 arcsec = 4,8x 10-6 radianos. A distância R do Sol ao centro da galáxia é de cerca de 8 kiloparsecs, ou seja, R = 24×1019 metros, logo esta estrela tem uma órbita com um diâmetro de aproximadamente D = 0,2 arcsec x R = 2,3×1014 metros. Por outro lado, a figura mostra que o período da órbita desta estrela é de cerca de 14 anos. A lei de Kepler (que não é mais do que a relação acima, que nos diz que a estrela está sempre a cair) relaciona o raio da órbita (D/2) com o período, T, e com a massa central M: (2π/T)2 = GM (D/2)-3. Daqui tiramos uma estimativa para a massa, M = 4,8×1036 Kg=2,4×106 MO. O resultado preciso, aceite actualmente, é cerca do dobro deste número.
Durante mais de vinte anos, os astrónomos na Alemanha e nos Estados Unidos estiveram à espreita do centro da nossa galáxia, a fotografar pacientemente as órbitas de estrelas. Esta tarefa não é tão simples como parece, dado que entre nós e o centro da galáxia existe imensa poeira e gás que absorve luz.
Em ciência, tal como na vida, existem duas formas de estar. Ou encontramos um nicho em que acreditamos, mesmo sabendo que pode levar uma vida ou duas até encontrarmos algo substancial, ou seguimos o que a maioria faz e tentamos ser melhores.
A procura em ciência tem alguns paralelos com uma corrida ao ouro: podemos procurar no sítio onde um veio de ouro foi descoberto, onde dezenas de outros procuram, e encontram pequenas quantidades, ou podemos acreditar que existe um grande veio ainda por descobrir e corremos o risco de morrer à fome.
A equipa alemã e americana perseverou e descobriu que todas as estrelas suficientemente perto do que parece ser o centro da galáxia orbitam em torno de um ponto invisível. A trajectória da estrela mais próxima do centro, chamada S2, está representada (com dados reais) na figura 20. Esta figura mostra o ângulo, visto da Terra, entre um telescópio que aponta para o centro (assinalado com um ponto negro) e um telescópio que aponta para essa estrela. É fácil perceber que esta estrela se move no céu, com um período de cerca de 15 anos. Podemos usar as leis de Newton para concluir que o centro tem uma massa de cerca de 4 milhões de sóis. Até aqui, nada de muito extraordinário. O que é extraordinário é que toda essa massa é escura e se encontra numa região muito pequena. A explicação dada pela equipa alemã que fez as observações é que se trata de um buraco negro gigante, mesmo no centro da nossa galáxia. O Comité Nobel acreditou nesta explicação e galardoou os líderes (Reinhard Genzel e Andrea Ghez) com o Nobel da Física em 2020.
A procura de soluções alternativas, a rejeição das ideias de outros, é inerente à natureza humana, e também à própria ciência.
Como já vimos, a primeira reação de um cientista quando ouve falar de uma nova descoberta é desconfiar da sua veracidade e procurar mostrar que essa descoberta é falsa, ou que apresenta problemas. As descobertas que resistem a estas tentativas são consideradas avanços pela comunidade e incorporadas no edifício científico.
Claro que quando a equipa alemã anunciou os seus resultados, apareceram várias explicações alternativas. Por exemplo, poderia ser um milhão de estrelas de neutrões, que por alguma razão estariam aglomeradas. Esta alternativa, mostrou-se mais tarde, não poderia funcionar: quando se colocam tantas estrelas numa região tão pequena, o sistema é instável, e «cuspiria» estrelas de neutrões para fora muito rapidamente. Na realidade, nenhuma das alternativas conseguiu sobreviver ao escrutínio; todas elas tinham uma ou outra falha. Julgamos que este objecto é realmente um buraco negro, e que a grande maioria das galáxias tem um buraco negro supermassivo no centro. Isto não é uma coincidência. Os buracos negros mais pesados caem para o centro das galáxias, como folhas de chá que ficam no centro da chávena quando mexemos com a colher.
A grande maioria das galáxias tem no centro um buraco negro que lá se alojou ao longo de milhões de anos. Por vezes absorve uma ou outra estrela, mas durante o processo também consegue enviar feixes poderosos dos restos de estrelas para os confins da galáxia, onde estes restos irão formar novas estrelas e planetas. Os buracos negros são os motores galácticos.
Este excerto faz parte do livro O Eclipse do Tempo. Guia Para Entrar em Buracos Negros, de Vítor Cardoso, da Oficina do Livro (chancela Leya).
Vítor Cardoso é Professor Catedrático e Professor Distinto no Departamento de Física do Instituto Superior Técnico e Professor Catedrático no Instituto Niels Bohr, Universidade de Copenhaga onde é Villum Investigator e DNRF Chair. Doutorou-se em Física no Instituto Superior Técnico e fez investigação de pós-doutoramento em Saint Louis, Missouri, e Oxford, Mississipi, nos Estados Unidos. Os seus interesses de investigação incidem sobre ondas gravitacionais e buracos negros e a física do espaço, e é um pioneiro em espectroscopia de buracos negros e testes da teoria de Einstein. É autor de um livro e de mais de 250 artigos publicados em revistas internacionais. A sua investigação foi distinguida três vezes pelo European Research Council. Em 2015, foi agraciado pelo Presidente da República com a Ordem de Santiago D’Espada, pelas suas contribuições para a ciência. É membro fundador da Sociedade Portuguesa de Relatividade Geral.
