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    Como a imagem do Buraco Negro transforma a Ciência?

    “Um buraco negro é uma região no espaço que exerce uma atração gravitacional tão forte que nada que chegue perto demais dele consegue escapar, nem mesmo a luz”, contou ao Ciência na Rua Gustavo Soares

    Concepção artística de buraco negro, com disco de acreção e jato relativístico - NASA / JPL-Caltech

    do Ciência na Rua

    Como a imagem do Buraco Negro transforma a Ciência?

    por Tiago Marconi

    “Em abril de 2017, todos os ‘pratos’ do EHT giraram, viraram-se e encararam uma galáxia distante 55 milhões de anos-luz, chamada Messier 87 ou M87. Há um buraco negro supermassivo no centro dela, e hoje temos o prazer de relatar a vocês, hoje, que enxergamos o que pensávamos ser imposível de enxergar”. Essas foram as palavras do diretor do projeto Event Horizon Telescope, Sheperd Doeleman, imediatamente antes de apresentar no telão do auditório a primeira imagem já registrada de um buraco negro, em entrevista coletiva na sede da Fundação Nacional de Ciência (NSF, na sigla em inglês).

    Minutos depois, seu colega Avery Broderick, astrofísico da Universidade de Waterloo, reforçaria, “enxergamos o que era impossível enxergar”, acrescentando a pergunta “agora, o que tudo isso significa?” – e passou a descrever a jornada dos fótons iniciada no ambiente mais extremo conhecido no universo: a vizinhança de um buraco negro. A apresentação de Broderick terminaria com a conclusão, entre outras, de que a Relatividade Geral, proposta por Einstein, em 1915, tinha passado por mais um teste, como mencionamos em reportagem da semana passada, que descrevia os desafios técnicos do projeto. Para entendermos “o que tudo isso significa”, porém, precisamos esclarecer alguns conceitos fundamentais.

    O que é um buraco negro?

    “Um buraco negro é uma região no espaço que exerce uma atração gravitacional tão forte que nada que chegue perto demais dele consegue escapar, nem mesmo a luz”, contou ao Ciência na Rua Gustavo Soares, doutorando em astronomia pelo Instituto de Astronomia Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG/USP). O conceito vem do século 18, quando o astrônomo inglês John Michell propôs a possível existência de um objeto com a característica de atrair a luz, que ele chamava de estrelas escuras.

    “Já a ideia de buraco negro como conhecemos atualmente surgiu mais de 130 anos depois. Em 1916, meses após Einstein publicar a Teoria da Relatividade Geral, o astrônomo alemão Karl Schwarzschild descobriu uma possível solução para as equações de Einstein. Essa solução encontrada por Schwarzschild permitiu que se chegasse, utilizando métodos matemáticos formais, à ideia de uma região a partir da qual não se poderia escapar”, explicou Soares. “Quanto mais nos aproximamos de um buraco negro, maior a atração gravitacional que ele exerce, e maior deve ser a nossa velocidade para escaparmos dessa atração. Entretanto, segundo a teoria da relatividade, não há nada mais rápido do que a luz, e a fronteira a partir da qual nem mesmo a luz consegue escapar é chamada de ‘horizonte de eventos’, e é uma característica determinante de um buraco negro.”.

    Para dentro do horizonte de eventos, há uma sombra escura, ou silhueta, e depois o ponto central, chamado de singularidade. Para fora dele, está o disco de acreção, o anel brilhante que vemos, “um disco violento de gás em órbita conduzido inextricavelmente no sentido de um horizonte de eventos”, de acordo com Broderick. “À medida que a matéria é sugada, ela é acelerada e emite radiação. Se essa radiação está sendo emitida antes de a matéria ultrapassar o horizonte de eventos, ela pode ser detectada por telescópios. Essa é uma das maneiras indiretas que astrônomos utilizam para estudar um buraco negro”, explicou Soares.

    No caso do M87, há outra maneira de detectar a radiação: jatos relativísticos, “raios estreitos de material efluente se afastando rapidamente do buraco negro quase na velocidade da luz”, segundo Broderick, que explicou ainda que um dos jatos emitidos por esse buraco negro está apontado quase para a Terra. “Nos casos mais extremos, esses jatos podem penetrar a galáxia inteira e muito além. Mas não conseguimos ver a energia que sai com nossos olhos, então, para entendê-los, temos que olhar outros comprimentos de onda, então olhamos com telescópios pelo espectro eletromagnético”, contou na coletiva Sera Markoff, professora de astrofísica teórica na Universidade de Amsterdã.

    Alber Einstein, em Pittsburgh (EUA), 1934

    O que é a teoria da Relatividade Geral?

    Outro conceito importante para entender a importância da imagem do buraco negro no centro da galáxia M87 é o de Relatividade Geral. Sobre ele, Soares esclarece: “é a teoria que explica a gravidade, generalizando as ideias de Isaac Newton, bem como algumas ideias anteriores do próprio Einstein. Segundo Einstein, a presença de objetos massivos distorce o espaço ao redor deles, semelhante a uma bola de boliche sobre um lençol esticado. Essa distorção é sentida na forma da gravidade, e ela é maior conforme a massa do objeto aumenta. Além de explicar a gravitação, a teoria da Relatividade Geral é importante por vários motivos: na astronomia e astrofísica, ela permite a existência de buracos negros estelares, que surgem a partir da morte de uma estrela, e de buracos negros supermassivos no centro de galáxias, cuja origem ainda é desconhecida, mas que são capazes de influenciar toda a evolução de sua galáxia hospedeira. Em cosmologia, há evidências de que o universo está em expansão acelerada. Para explicar isso, é preciso usar as equações da Relatividade Geral. Por fim, uma aplicação prática da teoria é o GPS, que precisa levar em conta alguns efeitos previstos pela relatividade para prover uma localização precisa”.

    “Na Relatividade Geral, as ondas de rádio caem, assim como maçãs. Tipicamente é um efeito extremamente pequeno, mas os buracos negros são gravidade enlouquecida”, contou Broderick na coletiva. Ele então explicou que a teoria previa que a sombra escura, ou silhueta, deveria ser circular, com uma pequena variação, e com diâmetro definido apenas pela massa. “No entanto, como em toda viagem de descobrimento, não sabíamos o que iríamos encontrar. Einstein estava errado? O objeto no coração da M87 não era um buraco negro?”. A silhueta poderia nem existir. Mas, com satisfação na voz, Broderick confirmou: “a sombra existe, é aproximadamente circular e a massa inferida bate com estimativas feitas para estrelas 100 mil vezes mais distantes. Hoje, a Relatividade Geral passou em outro teste crucial”.

    Galáxia M87 e o jato emitido por seu buraco negro – NASA, ESA and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

    As descobertas

    “O que confirmamos agora é que a Relatividade Geral não muda quando olhamos para buracos negros com diferentes massas, o que acontece é que o impacto desse buraco negro muda muito. Então, se queremos entender o papel deles no universo, precisamos determinar precisamente a massa. E isso era um problema até agora”, contou Markoff. “Chegar ao impacto disso é importante porque a enorme massa do buraco negro da M87 torna ele um monstro, até para os padrões de buracos negros supermassivos, ele é quase do tamanho do nosso sistema solar inteiro, e isso é parte das razões por que podemos vê-lo, mesmo sendo tão longe”.

    Comparando com a galáxia M87 que o hospeda, o buraco negro é ínfimo, cerca de 100 milhões de vezes menor. Se estivesse dormente, como o Sagittarius A*, que fica no centro da Via Láctea, “seria basicamente uma pedrinha no sapato”, comparou a astrofísica. Quando está no estado ativado, porém, capturando material por gravitação, ele converte esse combustível em outras formas de energia com quase 100 vezes mais eficiência do que a fusão nuclear, que alimenta estrelas como o nosso Sol. “Quando isso acontece, buracos negros se tornam os motores mais poderosos do universo e passam rapidamente de uma pedrinha no sapato para um espinho na lateral da galáxia. Esses espinhos são os jatos mencionados”, explicou Markoff.

    “Esses pequeninos buracos negros de alguma forma estão lançando essas estruturas e também aquecendo gás para evitar que estrelas se formem. E, como galáxias crescem formando estrelas, isso tem o efeito de truncar o crescimento delas”, contou Markoff, ponderando que o M87 está num estado mais modesto de ativação. “Até agora, sempre pensamos que os buracos negros estavam por trás dessas estruturas grandes [galáxias e aglomerados de galáxias], conduzindo esses motores, mas nunca soubemos. E agora, com o EHT, temos evidência direta da raiz desses problemas, podemos começar a entender, combinando gravidade forte, campos magnéticos e processos em nível atômico, como esses processos interagem e conspiram para fazer essas enormes estruturas que basicamente afetam as maiores escalas do universo”.

    Via Láctea, em imagem do telescópio Hubble – NASA

    O futuro

    “A Teoria da Relatividade Geral já havia sido exaustivamente testada e aprovada desde sua formulação no início do século passado. Porém, nunca havia sido submetida a um teste em um ambiente tão extremo quanto a região próxima de um buraco negro”, explica Fabio Cafardo, doutorando de astronomia do IAG/USP. “Isso não significa que a Relatividade Geral esteja 100% completa. Ainda existem diversas questões em aberto que carecem de explicações. Por exemplo: não existe uma teoria de Gravitação Quântica, que unifique tanto os conhecimentos sobre a gravitação quanto os conhecimentos de Mecânica Quântica; a questão da singularidade gravitacional (o ponto em que toda a massa de um buraco negro está concentrado) também ainda está em aberto; isso sem falar na energia escura (que é usada para explicar a expansão acelerada do universo). Os avanços que são conquistados na nossa compreensão sobre a Relatividade Geral são importantíssimos para que possamos avançar nestas e em outras frentes do conhecimento humano”.

    “Tenho que admitir que fiquei um pouco espantado por [o resultado] ter batido tão perto com as previsões que fizemos, é gratificante , às vezes frustrante”, disse Broderick que, em outro momento confessou, um pouco zombeteiro, que o melhor que poderia ter acontecido era a equipe suplantar Einstein. “Foi um alívio catártico as coisas finalmente terem funcionado, mas também a antecipação pela fantástica ciência que faremos estudando essa imagem de perto e repetindo o experimento. Vamos poder aumentar a precisão e talvez encontrar as surpresas que não encontramos.”

    “As mesmas observações que fizemos para o M87, fizemos para o buraco negro adormecido no nosso centro galático. Olhando esses dois buracos negros em extremos opostos de atividade, especialmente combinando com informações de comprimentos de onda múltiplos, poderemos entender melhor o vai e vem da influência dos buracos negros no longo curso da nossa história no universo”, disse Markoff, que depois afirmou: “é só o começo, para mim”.

    Aglomerado de galáxias Abell 2537, distorcendo o espaço-tempo ao seu redor – ESA/Hubble/NASA

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    15 comentários

    1. Não muda NADA.
      O próprio texto salienta que a teoria já havia sido exaustivamente testada… e estamos falando de algo do começo do século 20.

    2. “Por exemplo: não existe uma teoria de Gravitação Quântica, que unifique tanto os conhecimentos sobre a gravitação quanto os conhecimentos de Mecânica Quântica”:

      Tenho sim. Alguma tinha alguma duvida disso?!

      Eh atravez dela que eu posso transformar o sistema solar em um atomo. Eh simples o bastante: so resolver lunaticamente o problema de n corpos. Dificil nao eh. Ao invez da mera gravidade quantica que EU JA APRESENTEI aqui no blog, terminei equalizando os problemas de n-bodies entre cosmologia e quantica.

      O resultado eh um atomo (!!!) com neutron, proton, e electrons. (Materia escura incluida!)

      Assim que tiver chance apresento o conceito lunatico pois eh simples o bastante e nao vai taxar a cabeca de ninguem.

    3. Procurem “magnet Feynman” no YouTube e assistam aqueles 9 minutos. Alguem lhe pergunta “O que eh magnetismo?”?

      Ele responde com o equivalente matematico e logico do experimento de duas fendas indo do futuro para o passado sem ter a menor consciencia disso, e com tanta interferencia que termina ate mesmo mencionando problemas de ontologia, epistemologia, e o papel do observador. Resumindo, o tipico clichee ambulante da Fisica.

      “A+B=C” eh estrutura, gente. Absolutamente SUPER DETERMINISTICO. As estruturas da QM tambem sao. No video, o que o entrevistador pensa ser a PERGUNTA ja eh a resposta: Magnetismo.

      As respostas que ele oferece sao, todas, PERGUNTAS. ELAS JA SAO INTERFERENCE PATTERNS!

      Isso eh, se voce pode ser simultaneamente pergunta e resposta… “suas ideas nao correspondem aos fatos” e sua “interpretacao” delas ja esta frita.

      A estrutura lunatica da gravidade eh, positivamente, ABSOLUTAMENTE superdeterministica, tanto como A+B=C.

      So queria tirar isso do caminho. A continuar…

    4. O nivel de magnificacao de Feynman era tao alto em ciencia! So nao era alto o bastante pra passar alem das duas fendas, e de fato ele nem reconheceu o que via.

      Repetindo e generalizando: toda e qualquer discussao cientifica que nao tem fim eh matematica e logicamente equivalente ao experimento de duas fendas versus o de uma unica fenda. E o nivel de zoom deles esta errado por questao fundacional. Voce nao pode ser simultaneamente pergunta e resposta nem mais nem menos que uma particula pode ser simultaneamente uma onda

      Isso vai ate mesmo para minha definicao super deterministica de gravidade lunatica. Ela eh ambos espaco e tempo, nao eh?

      Mas… NAO SIMULTANEAMENTE. Impossivel.

      Portanto, quando eu limito o realismo local a exatamente TRES bits consecutivos na Lunatica, eu posso te mostar exatamente a difference angular centre Einstein e Lunatica.

      123456
      7890ab

      Lunaticos, por exemplo. Para Einstein chegar a usar 3+1 dimensoes ele teria que ignorar a materia escura 7890ab, deixar o 1 preso na tela, virar a primeira linha em direcao ao seu olho (voce so veria o 6) e magicamente dizer que descobriu a quarta dimensao.

      Ja sabemos que a matematica de Einstein esta certa, no entanto. Interessante como bunda de elefante pra mim: a lunatica eh superdeterministica a respeito de nao haver essa construcao dentro do espaco no qual EU vivo. A Lunatica os trata como 3 consecutivos ESPACIAIS porem projetados em uma linha da esquerda para a direita OOOOOUUUUUU como tres eventos consecutivos dentro da linha do tempo. Mas nao ambos ao mesmo tempo.

      NAO AMBOS AO MESMO TEMPO. Ou espaco ou tempo: ambos nao.

      • Eu nao falo em “3+1” dimensoes por ser lunaticamente impossivel: a Lunatica tem 3, e somente 3 dimensoes consecutivas. Ponto final. A quarta dimensao JA CAIRIA en outro orbital alem do “orbital ” gravitacional, porem em TODA a Lunatica o 1, 2, e 3 sao consecutivos. Superdeterministicamente. A gravidade lunatica local cai SOMENTE em 1 (zero gravidade), 2, e 3. Depois disso… 5, 9, 17, 33, 65, etc…

        A gravidade local JAMAIS CAI em um 4. Superdeterminismo exije que ela pule do 3 pro 5 diretamente.

        E como voces ja sabem… quando Einstein discute comigo… ele perde.

        Especialmente porque…a gravidade Lunatica nao eh somente mais rapida que a luz.

        Ela eh tambem massivamente serial.

        Portanto, eu confio tanto na minha definicao lunatica de gravidade que a posso extender para n-corpos sem fazer o mais infinitesimo calculo matematico. Nem preciso. Nem poderia se quizesse ja que nao tenho computador.

        Eh impossivel que a Lunatica erre.

        A continuar…

        • Notinha a mais:

          Minha objecao NAO se resume aa quarta dimensao, evidentemente. Como eu ja especifiquei antes: TODOS is espacos n-dimensionais colapsam em 1’s e 0’s pra dentro do grafico primo da mesma mentira que toda informacao colapsa pra dentro dos 1’s e 0’s binarios.

    5. Me explica como transformar 55 anos luz e velocidade MPH ou km!!! Ser humano se acha, conseque ver algo a uma distância de 55 anos luz? então essas pessoas são os quadranetos de Albert Einstein? Todos os seres humanos vão morrer é a verdade. Otários.

    6. Como ja prometi, aqui esta meu modelo gravitational, porem lunatico, do problems dos n corpos:

      (A gravidade entre dois infinitesimais a uma certa distancia eh a que eu ja apresentei antes, nao vou voltar ao assunto.)

      12345678
      9abcdefg

      Portanto a minima versao de 3 corpos seria necessariamente essa:

      12345678
      9abcdefg
      -hi
      -jk
      Que implica em
      192ha3ji
      b4hc5d6e
      -7f
      -8g

      Que implica o proximo grupo de fluxo lunatico ate o fim do ciclo.
      Como ja avisei repetidamente nao tenho computador, nao tenho a mais infima chance de desenvolver a India e a fazer mais fotogenica. Nao preciso pois eh impossivel que isso nao leve aa solucao gravitacional do problems dos n-corpos. (E eu ja sei pensar em incluir um milhao deles dessa maneira e ter certeza de nada dar erradona matematica dos fluxos.)

      Nao eh esse o meu ponto, sou um “pouquinho” mais ambicioso…

      Na gravidade entre 2 corpos ta tudo certinho e sem contradicao, voce so aceita que as gravidades dos dois corpos sao perfeitamente, mais importantemente SIMETRICAMENTE emaranhadas entre os dois corpos.

      Infelizmente… no caso acima… o corpo numero 3, ((hi)(jk)), ja nao tem personalidade gravitacional local do PONTO DE VISTA DO PROCESSO INICIAL, que de outra maneira teria sido somente entre 1 e g.

      Agora temos dois corpos emaranhados e uma superposicao!!!!!

      Portanto, o primero corpo eh um proton, o terceiro eh um neutron, e a excrescencia do terceiro corpo, o que nao tem identidade gravitacional “global” (coffee coff) eh um electron.

      Tambem posso reduzir os 3 elementos a um unico quark muito facilmente. Ou extender a uma molecula, claro. Mas levei mais de meia hora pra escrever isso. Nao vale a pena pra mim.

      Fica a estrutura deterministica pra voces pois ela nao pode errar: impossivel, por ser oracular.

      (Ja nao tenho como desenvolver uma unica idea, sorry.)

      No entanto, you deixar pra voces a estrutura deterministica MI NI MA para ambos QED E QCD. DIFICIIIIILIMA. (Nao tentem senao ela explode, ok?)

      A Grandississima Estrutura PreDeterminada de Ambos QED e QCD -depende da sua direcao temporal- eh essa:

      3 vezes x lunatico.

      Ponto final.

      • “Tambem posso reduzir os 3 elementos a um unico quark muito facilmente”:

        E que nao nos esquecamos magicamente que os gluons tem estrutura deterministica completa e magnificavel de acordo com os numeros primos, e porem contudo todavia… gluons NAO EXISTEM.

        Eh que a “existencia” deles DEPENDE do relacionamento grav-lunatico entre 2 protons, desde que haja pelo menos um TERCEIRO corpo envolvido.

        Tudo que eu acabei de falar a respeito desses 3 corpos no post previo se resume a somente um unico gluon!!!

        • Nassif, EU NAO VOU COMENTAR NO FDP ENQUANTO AQUELES LINKS FAKE DURAREM.
          E eu tou prontinho pra dar uma rasteira espetacular em TODA a eletrodinamica quantica, a partir de sua fundamentacao, e com provas.

          Sem saber matematica.

    7. E se as mortes de estrelas forem uma reciclagem? Se o buraco negro foi um teletransporte e que uma porcentagem dessa reciclagem parar num local onde so ha meteoritos? Se apenas as estrelas nao morrem, mas que vao para outro lugar, elas se desintegram mas se integram quase que perfeito em outro ponto do universo

    8. + comentários

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