Os buracos negros podem ser invisíveis, mas a sua influência molda as galáxias, a tecnologia moderna e a compreensão que a humanidade tem dos seus próprios limites.
Essa foi a mensagem partilhada na semana passada por Priyamvada Natarajan, astrofísico teórico da Universidade de Yale, durante uma sessão no Fórum Económico Mundial em Davos, na Suíça. Natarajan, cuja pesquisa se concentra em cosmologia, lentes gravitacionais e física de buracos negros, traçou como décadas de trabalho teórico sobre buracos negros transformaram a compreensão dos cientistas sobre o universo e sustentam silenciosamente as tecnologias cotidianas.
Essas equações vêm de Albert Einsteinteoria de relatividade geralque descreve como a massa e a energia curvam o espaço e o tempo. Embora os buracos negros representem a manifestação mais extrema da teoria, a mesma matemática é essencial para calcular as diferenças temporais sutis, mas mensuráveis, experimentadas pelos satélites que orbitam Terra.
Os relógios a bordo dos satélites GPS funcionam um pouco mais rápido do que os relógios no solo porque estão mais distantes da atração gravitacional da Terra. Sem corrigir estes efeitos relativísticosos erros de navegação se acumulariam rapidamente, tornando o GPS não confiável.
Contudo, durante grande parte do século XX, os buracos negros foram considerados em grande parte como curiosidades matemáticas – soluções para as equações de Einstein sem nenhuma evidência observacional clara. Isso começou a mudar na década de 1960, quando os astrônomos Cygnus X-1 identificadouma poderosa fonte de raios X que se tornou o primeiro candidato a buraco negro amplamente aceito.
Os astrónomos sabem agora que a maioria das grandes galáxias, incluindo a Via Lácteacentral de hospedagem buracos negros supermassivos cujas massas estão intimamente ligadas às propriedades das suas galáxias hospedeiras.
Este quadro revisto, no entanto, introduziu um novo enigma. Observações do telescópio mostram que buracos negros supermassivos se formaram notavelmente cedo na história cósmicaquando o universo tinha apenas algumas centenas de milhões de anos. Seu tamanho e rápido crescimento desafiar modelos convencionaisque prevêem que os gigantes crescem gradualmente a partir dos restos de estrelas colapsadas, semelhantes ao Sol, que devoram lentamente a matéria circundante. A história da origem dos primeiros buracos negros supermassivos continua, portanto, a ser uma das questões mais persistentes da astrofísica.
Natarajan e seus colegas propuseram um caminho para a formação dos primeiros buracos negros do universo sem a necessidade de estrelas. A equipe sugeriu que, sob condições primordiais específicas, nuvens de gás intocadas – que normalmente se fragmentariam e formariam estrelas – colapsaram em grande escala em buracos negros massivos. Esses objetos, conhecidos como buracos negros de colapso diretoteria contido dezenas de milhares a centenas de milhares de vezes a massa de o sol dentro de algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang. Partir de “sementes” tão invulgarmente grandes ajuda a resolver o problema de tempo colocado pela existência de buracos negros com mil milhões de massas solares, menos de mil milhões de anos após a formação do Universo.
Tal sistema, disse Natarajan, seria uma “galáxia de buraco negro supermassivo cuja luz não é dominada pelo estrelas mas por um buraco negro que está crescendo em seu centro.”
A sua equipa previu há mais de uma década que estes primeiros buracos negros deixariam assinaturas observacionais distintas, detectáveis por futuros observatórios, incluindo o Telescópio Espacial James Webb (JWST) e o Observatório de raios X Chandra. Nos últimos anos, essas previsões começaram a se confirmar.
Um exemplo notável é o UHZ1, que revela que buracos negros supermassivos em acreção foram já está no lugar apenas 470 milhões de anos após o Big Bang, com massas cerca de 10 milhões de vezes a do Sol.
Outra é a chamada Galáxia Infinitaonde as observações do JWST revelaram dois núcleos galácticos compactos rodeados por estruturas semelhantes a anéis que provavelmente se formaram através de uma colisão frontal entre duas galáxias de disco. Embutido entre eles está um buraco negro supermassivo, não no centro de nenhuma das galáxias, mas suspenso num vasto reservatório de gás, sugerindo que se formou através do colapso direto de gás denso e turbulento desencadeado pela colisão.
“É uma emoção”, disse Natarajan, “estar por perto e, durante uma vida profissional, ter tido a sorte de fazer previsões que foram testáveis, testadas e validadas”.
Além do seu impacto científico, os buracos negros também têm um peso filosófico, acrescentou ela.
“Estudar cosmologia em geral e buracos negros especificamente realmente inspira um senso de humildade cósmica”, disse Natarajan.
“Olhar para o universo”, acrescentou ela, “permite-nos olhar para trás no tempo e juntar as peças desta bela história cósmica da qual fazemos parte”.
