No dia 13 de agosto de 2018, um homem caiu num buraco negro e sobreviveu para contar a história. O insólito acidente aconteceu no Museu de Serralves, no Porto, quando um turista italiano se aproximou da obra Descida para o Limbo, do artista Anish Kapoor. A obra em causa fazia parte de uma instalação que […]
No dia 13 de agosto de 2018, um homem caiu num buraco negro e sobreviveu para contar a história. O insólito acidente aconteceu no Museu de Serralves, no Porto, quando um turista italiano se aproximou da obra Descida para o Limbo, do artista Anish Kapoor.
A obra em causa fazia parte de uma instalação que inclui um buraco preto com cerca de 2,5 metros de profundidade, pintado com Vantablack, um material que consegue absorver 98% da luz visível e é considerado o pigmento mais escuro até hoje criado.
Impressionado com as propriedades extraordinárias da tinta, entre as quais conferir a objectos tridimensionais uma aparência de bidimensionalidade, Kapoor adquiriu os direitos exclusivos para o seu uso artístico. Numa entrevista à revista ArtForum, Anish Kapoor explicou o seu fascínio pelo pigmento: «É o material mais negro do universo a seguir aos buracos negros.»
Não há nada como ter números. Vamos admitir que temos um sistema de dois buracos negros, cada um com uma massa igual à do Sol, portanto com um raio de cerca de 3 quilómetros. Suponhamos que o movimento destes dois buracos negros tem um período orbital de uma hora e que se encontram a 1000 parsec28 de distância da Terra. Neste caso, h ~ 1021, ainda extremamente débil. Nunca é de mais relembrar que isto equivale a ter que medir variações do tamanho aproximado de um electrão no comprimento de Portugal. Mas nem tudo está perdido. Como o sistema emite ondas, perde energia, e, portanto, podemos recorrer à equação 8 para entendermos se a energia perdida por segundo é semelhante à que o Sol perde sob a forma de luz. Esta perda faz com que o raio e o período da órbita do sistema diminuam com o tempo. Em cada ano, o período é encurtado cerca de um centésimo de milissegundo. Ah, se ao menos conseguíssemos medir a variação do período!
As dez últimas órbitas antes da colisão duram cerca de 100 milissegundos. Se pudéssemos observar este sistema a 150 quilómetros de distância, um anel de berlindes com um metro de diâmetro seria esticado ou comprimido 3 milímetros com o passar da onda. A energia emitida no choque final é enorme e corresponde à de cerca de cem mil planetas Terra (ou a um décimo da massa do Sol).
Foi uma variação de período semelhante que Russell Hulse e Joseph Taylor observaram no sistema binário PSR 1913+16. Este sistema consiste em duas estrelas de neutrões, uma das quais é um pulsar, que emite feixes de luz com os quais podemos monitorizar perfeitamente o período orbital. Hulse e Taylor observaram o pulsar PSR 1913+16 durante décadas e as suas medições concordaram com as previsões da relatividade geral com uma precisão incrível. As medições foram tão impressionantes que receberam o Prémio Nobel da Física em 1993. Os componentes da binária PSR 1913+16 vão colidir entre si apenas daqui a cerca de 240 milhões de anos.
Ver o efeito de ondas gravitacionais num sistema a milhares de anos-luz não é o mesmo que ver esse efeito na Terra com algo construído por nós. Há décadas que criamos aparelhos, progressivamente melhores e mais sensíveis, para detectarem ondas gravitacionais. A nossa tecnologia é baseada em princípios muito simples: em vez de um anel de berlindes, usamos o aparato de Michelson e Morley quando testaram a existência do vácuo. Os berlindes são os espelhos de Michelson, que são pendurados por forma a moverem-se livremente quando e se uma onda gravitacional interagir com eles. Todavia, a realidade é bem mais complexa, pois para medirmos os desvios de que estamos à espera o nosso detector tem de estar isolado de tudo. Como o desvio é tanto maior quanto maior for a distância entre espelhos (a equação 5), queremo-los o mais longe possível um do outro. Para aumentar ainda mais a distância efectiva, fazemos o feixe laser circular um grande número de vezes antes da interferência. Para o detector LIGO nos Estados Unidos, a distância entre espelhos é de cerca de 4 quilómetros, mas a distância efectiva é de 300.
A 14 de Setembro de 2015, os espelhos do LIGO moveram-se. Não era ruído, não era pirataria, não era avaria. Passou uma onda gravitacional na Terra e fez mover o nosso detector. Vimos, pela primeira vez, ondas gravitacionais. Que acontecimento fabuloso! Um século depois da previsão teórica, ao fim de décadas de esforço, a humanidade ganhou um novo poder, um novo sentido para estudar e compreender o cosmos. Começamos a conseguir observar o universo invisível. Foi um esforço de décadas, de séculos, de gerações que legaram o seu conhecimento a outras gerações, para lá de defeitos individuais. Nada mau.
As ondas que detectámos foram geradas por uma binária de buracos negros, no seu ciclo final de vida. O vácuo emitiu ondas. Os buracos negros estavam a um giga ano-luz de distância. Quando as ondas foram geradas, não existiam senão seres unicelulares na Terra. Enquanto as ondas se deslocavam pelo espaço em direcção à Terra, a vida desenvolveu-se, deu origem ao ser humano e a uma civilização que se interroga sobre a sua existência. Eram dois buracos negros que se aproximaram e colidiram, um com 36 o outro com 29 massas solares. A massa do objecto final era cerca de 62 sóis. Durante a colisão, a energia equivalente a três sóis irradiou sob a forma gravitacional. Este processo é o mais poderoso que alguma vez observámos; a luminosidade em ondas gravitacionais é maior do que a de todo o resto do universo. De onde vem esta energia, se é tudo vácuo? Podemos pensar nela como energia elástica do vácuo sob tensão, armazenada na vizinhança dos buracos negros e emitida quando estes colidem. Demos um nome a este acontecimento: GW150914, que nos diz o ano, o mês e o dia em que aconteceu. Temos um nome de baptismo.
Desde 2015, já detectámos mais de uma centena de eventos em ondas gravitacionais. Isto tornou a astronomia de ondas gravitacionais uma área própria. A massa dos objectos patente na figura 24 ilustra também como o universo está cheio de buracos negros. Existe imensa informação neste diagrama, alguma da qual estamos ainda a tentar perceber. Os anos que se aproximam vão permitir adicionar centenas, milhares de buracos negros a esta figura. Na realidade, dentro de poucos anos a versão melhorada do LIGO poderá ver milhares por ano. Mas também queremos ver melhor, e para isso estamos a construir interferómetros muito superiores, como o Einstein Telescope, que será instalado algures na Europa (ainda não está decidido onde). Mas o nosso planeta está sempre a vibrar, devido às marés e à actividade sísmica, e quando alguém nos está sempre a abanar não conseguimos ver muito bem. Para podermos ver ainda melhor estamos a construir um telescópio de ondas gravitacionais no espaço, o Laser Interferometer Space Antenna (LISA). O LISA vai conseguir ver — em ondas gravitacionais — todo o cosmos até ao momento do seu nascimento. Aproximam-se anos incríveis!
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.
