Qual teoria sobre buracos negros está correta? Estamos começando a descobrir

 Como é um buraco negro?

O Telescópio Horizonte de Eventos (EHT), um telescópio virtual que cobre quase a Terra inteira, tirando proveito de uma técnica conhecida como interferometria de linha de base muito longa (VLBI), fez história ao revelar as primeiras imagens do buraco negro da galáxia M87 e, um pouco depois, a primeira imagem do buraco negro no centro da Via Láctea, o Sagitário A*.

Na resolução atual dos telescópios, os buracos negros previstos por diferentes teorias da gravidade ainda apresentam grande semelhança, dificultando decidir qual está certa. [Imagem: Luciano Rezzolla/Goethe University]

Na verdade, ambas as imagens mostram essencialmente a sombra dos buracos negros. "O que vocês veem nessas imagens não é o buraco negro em si, mas sim a matéria quente em sua vizinhança imediata. Enquanto a matéria ainda estiver girando fora do horizonte de eventos - antes de ser inevitavelmente atraída para dentro dele - ela pode emitir sinais finais de luz que podemos, em princípio, detectar," explicou o professor Luciano Rezzolla, da Universidade Goethe de Frankfurt, na Alemanha.  

Isso já foi suficiente para começarmos a testar as teorias por trás desses objetos cósmicos extremos, mas também colocou em destaque o fato de que não, nós não sabemos como são os buracos negros. 

Até o momento, a teoria da relatividade geral de Einstein é considerada o padrão ouro da física quando se trata da descrição do espaço e do tempo. E ela prevê a existência de buracos negros como soluções especiais, juntamente com todas as suas peculiaridades, como o horizonte de eventos, além do qual tudo, inclusive a luz, desaparece. 

"Existem, no entanto, outras teorias, ainda hipotéticas, que também preveem a existência de buracos negros. Algumas dessas abordagens exigem a presença de matéria com propriedades muito específicas ou até mesmo a violação das leis físicas que conhecemos atualmente," contou Rezzolla.

Mas, reforçando a importância de trabalhos como os do EHT, Rezzolla e seus colegas descobriram agora como usar as imagens das sombras dos buracos negros para verificar essas teorias alternativas, tirando-as do rol de "especulativas".

Futuros telescópios tornarão as diferenças mais visíveis, possibilitando distinguir entre as diferentes descrições dos buracos negros. [Imagem: Akhil Uniyal et al. - 10.1038/s41550-025-02695-4]

Testando as teorias

O avanço conseguido pela equipe consiste em uma descrição abrangente de como diferentes tipos de buracos negros hipotéticos divergem da teoria da relatividade e como isso se reflete nas imagens das sombras dos buracos negros. Para investigar isso, a equipe realizou simulações computacionais tridimensionais que replicam o comportamento da matéria e dos campos magnéticos no espaço-tempo curvo ao redor dos buracos negros. A partir dessas simulações, os pesquisadores geraram imagens do plasma brilhante resultante, que é justamente o que aparece nas imagens do EHT.

"A questão central era: Quão significativamente as imagens dos buracos negros diferem entre as várias teorias?", contextualizou Akhil Uniyal, do Instituto Tsung-Dao Lee, na China, membro da equipe. Para lidar com essa questão, os físicos desenvolveram uma caracterização universal de buracos negros que integra abordagens teóricas muito diferentes, derivando critérios claros para avaliar cada teoria específica.

Infelizmente, os dados atuais, ou seja, a resolução das imagens do EHT, ainda não são suficientes para uma conclusão definitiva. Em termos gerais, os resultados estão de acordo com a teoria de Einstein, mas a incerteza das medições ainda é tão alta que apenas algumas teorias muito exóticas foram descartadas.

Por exemplo, é improvável que os dois buracos negros no centro da M87 e da nossa Via Láctea sejam singularidades nuas (sem horizonte de eventos) ou buracos de minhoca - mas estas são apenas duas das muitas possibilidades teóricas que precisam ser verificadas.

"Mesmo a teoria estabelecida precisa ser testada continuamente, especialmente com objetos extremos como buracos negros," acrescentou Rezzolla, acrescentando que seria revolucionário se a teoria de Einstein fosse comprovadamente inválida.

Contudo, embora as diferenças nas imagens ainda sejam muito pequenas com a resolução atual do EHT, elas deverão aumentar sistematicamente com a melhoria da resolução do telescópio, algo no que a equipe internacional responsável por ele vem trabalhando continuamente.

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