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A colisão entre galáxias e o surgimento dos buracos negros supermassivos

Representação artística de um par de buracos negros que se orbitam e geram ondas gravitacionais. Crédito: NASA

Representação artística de um par de buracos negros que se orbitam e geram ondas gravitacionais. Crédito: NASA

Deparei-me hoje com o questionador e explicativo texto “When Galaxies Collide: The Growth of Supermassive Black Holes“, de Vikram Ravi e Ryan Shannon, no portal LiveScience. “Mais um texto sobre buracos negros. E daí?”, diriam os leitores atentos. Para convencê-los a ficar e ler, anuncio que este artigo não conclusivo trata de uma curiosa característica do fenômeno astrofísico em questão ainda não abordada pelo blog: o crescimento dos misteriosos buracos negros supermassivos que se escondem no centro das galáxias — inclusive da nossa Via Láctea.

Os buracos negros em galáxias vizinhas comprimem uma massa dez bilhões de vezes maior que a do Sol em um volume algumas vezes maior que o do nosso sistema solar. É muita massa confinada em um espaço pequeno, o que gera uma força gravitacional da qual nem mesmo a luz escapa.

Mas como eles cresceram tanto? Os autores desafiam uma hipótese comum, segundo a qual os buracos negros se tornam supermassivos fundindo-se uns com os outros. Não tão depressa.

A busca por ondas gravitacionais

A resposta para a pergunta do parágrafo anterior pode residir em uma outra questão: quando duas galáxias colidem para formar uma nova, o que ocorre com seus buracos negros?

A colisão de duas galáxias dá origem a uma terceira, maior. Os buracos negros delas se direcionam ao centro desta nova galáxia e passam a orbitar um ao outro, eventualmente unindo forças para formar um buraco negro maior. Observar um buraco negro é difícil, mas quando eles se orbitam, são os maiores emissores (do universo!) de uma forma de energia chamada ondas gravitacionais.

As ondas gravitacionais foram previstas pela Teoria da Relatividade Geral de Einstein, e são produzidas por dois objetos compactos e extremamente massivos mudando de velocidade ou de direção. Isto, por sua vez, faz com que as distâncias medidas entre os objetos mude.

Por exemplo, uma onda gravitacional atravessando a tela do seu computador fará com que ela se estique, primeiro, em uma direção e, depois, em uma direção perpendicular, várias e várias vezes. Felizmente para o seu computador, mas infelizmente para os astrônomos, as ondas gravitacionais são muito fracas. Ondas vindas de um par de buracos negros em uma galáxia próxima fazem com que o tamanho da sua tela mude em um núcleo atômico a cada dez anos.

Porém, uma forma de detectar essas ondas consiste no uso de outros objetos astronômicos fascinantes: os pulsares, restos de explosões estelares gigantescas que conhecemos como supernovas.

Apesar de não serem tão extremas quanto os buracos negros, ressaltam os autores, os pulsares são massivos e compactos o bastante para esmagar átomos e transformá-los em um mar de núcleos e elétrons. Eles comprimem até duas vezes a massa do nosso Sol em um volume do tamanho de uma grande cidade.

Até aí tudo bem, mas como os pulsares ajudam a entender os buracos negros supermassivos? Eles giram muito rápido — alguns até 700 vezes por segundo — e de uma forma bastante previsível. Enquanto giram, eles emitem rajadas de ondas de rádio (tal qual um farol à beira-mar) que, quando chegam à Terra, soam como um tique-taque aos aparelhos que as captam.

Então, temos que as ondas gravitacionais vindas de pares de buracos negros interrompem o tique-taque dos pulsares — que, de outra forma, é extremamente regular — de uma forma que conseguimos mensurar.

As medições dos pulsares

Os dados obtidos por Ravi e Shannon não confirmam a teoria de que os buracos negros crescem principalmente pela absorção de outros buracos negros. Se a teoria estivesse certa, as ondas gravitacionais existiriam em um nível que causaria uma detecção menos regular dos tique-taques dos pulsares do que foi observado pelos autores. Isto indica que os buracos negros devem ter crescido de outra maneira, como consumindo imensas faixas de gás durante as fusões galáticas.

Foram utilizadas medições de pulsares do Radiotelescópio Parkes, da organização australiana para pesquisas científicas CSIRO. O período em que se realizaram as medições se estendeu por uma década e, de acordo com os pesquisadores, o trabalho é um dos mais precisos já realizados.

Os dados estão sendo coletados para que os cientistas possam observar diretamente as ondas gravitacionais. O trabalho consiste em comparar esses dados com as previsões de ondas gravitacionais das várias teorias sobre o crescimento dos buracos negros. Dizem os autores que seu trabalho parece promissor por usar os pulsares na detecção de ondas gravitacionais advindas dos buracos negros.

“Estamos confiantes de que as ondas gravitacionais estão lá — as galáxias, apesar de tudo, colidem — e demonstramos que podemos medir o tique-taque dos pulsares com precisão suficiente para que sejamos capazes de detectar as ondas gravitacionais em um futuro próximo”, dizem.

Enquanto não se chega a uma conclusão definitiva, podemos especular, criar modelos, fazer observações para testá-los e refutar, quem sabe, parte da Relatividade Geral de Einstein. Esta é a magia e o poder da ciência.

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