The Event Horizon Telescope (EHT) — a planet-scale array of eight ground-based radio telescopes forged through international collaboration — was designed to capture images of a black hole. In coordinated press conferences across the globe, EHT researchers revealed that they succeeded, unveiling the first direct visual evidence of the supermassive black hole in the centre of Messier 87 and its shadow. The shadow of a black hole seen here is the closest we can come to an image of the black hole itself, a completely dark object from which light cannot escape. The black hole’s boundary — the event horizon from which the EHT takes its name — is around 2.5 times smaller than the shadow it casts and measures just under 40 billion km across. While this may sound large, this ring is only about 40 microarcseconds across — equivalent to measuring the length of a credit card on the surface of the Moon. Although the telescopes making up the EHT are not physically connected, they are able to synchronize their recorded data with atomic clocks — hydrogen masers — which precisely time their observations. These observations were collected at a wavelength of 1.3 mm during a 2017 global campaign. Each telescope of the EHT produced enormous amounts of data – roughly 350 terabytes per day – which was stored on high-performance helium-filled hard drives. These data were flown to highly specialised supercomputers — known as correlators — at the Max Planck Institute for Radio Astronomy and MIT Haystack Observatory to be combined. They were then painstakingly converted into an image using novel computational tools developed by the collaboration.
Radiotelescópios são grandes antenas parabólicas que captam ondas eletromagnéticas em frequências comparáveis com as ondas de rádio e TV. Essas ondas são da mesma natureza da luz (formadas por fótons), porém, possuem uma frequência muito menor (maior comprimento de onda). Um conjunto dessas antenas consegue coletar dados que podem ser usados para formar imagens do Universo com base nessas ondas eletromagnéticas, da mesma forma que o cérebro humano monta imagens a partir dos dados coletados pela retina, que detecta radiação eletromagnética na faixa perceptível ao olho humano. Quanto mais afastados estão os telescópios entre si, mais detalhadas são as imagens formadas. É como construir um olho gigante para observar o céu; quanto maior o olho, mais detalhadas ficam as imagens. O tamanho desse olho virtual é o da distância entre os telescópios mais afastados entre si.
Além da possibilidade de definição mais alta do que a permitida por telescópios ópticos, outra das vantagens dos radiotelescópios é o fato de que ondas eletromagnéticas de baixa frequência conseguem atravessar alguns tipos de obstáculos opacos à luz visível, o que nos permite ver coisas impossíveis de se observar por meio da luz visível.
O projeto “Event Horizon Telescope” consiste em uma colaboração internacional para construir e manter um sistema de radiotelescópios tão afastados um do outro quanto possível, respeitadas as dimensões do planeta Terra, cujo objetivo é a observação de buracos negros, daí o nome do projeto (Telescópio de Horizonte de Eventos, uma referência à “superfície” dos buracos negros, segundo a perspectiva de um observador na Terra).
No dia 10 de abril de 2019, foi anunciada oficialmente a primeira imagem de um buraco negro obtida pelo projeto. Trata-se do buraco negro que fica no centro da galáxia M87, que é uma supergigante elíptica cujo centro fica a 55 milhões de anos-luz de distância. Divulgam-se distâncias em anos-luz para prover-se ao público uma noção clara de quanto tempo a luz demorou em viagem desde sua origem até chegar a nós hoje em dia, considerando-se que a distância é mensurável, a velocidade da luz no vácuo é fixa (pelo menos macroscopicamente) e supostas variações na velocidade da luz teriam efeitos facilmente observáveis (o que não acontece).
Da mesma forma que o Sol é importante para manter a estabilidade do Sistema Solar, com todos os objetos locais orbitando em torno dele, assim também buracos negros gigantescos são importantes para a estabilidade das galáxias, com todos os sistemas estelares girando em torno deles.
Essa primeira imagem de um buraco negro foi mencionada em algumas notícias como sendo a confirmação de mais uma das previsões de Einstein. Na verdade, porém, não se trata de um fruto da genialidade de Einstein, pois não foi ele quem previu os buracos negros. Quem fez a previsão foi uma teoria na qual ele trabalhou: a Teoria Geral da Relatividade. Existe diferença? Qual?
Ao contrário do uso popular da palavra, uma teoria científica (no sentido de “hard science”) não é uma hipótese. Também não é um conjunto de hipóteses. Trata-se de um conjunto de leis expressas em uma linguagem formal (matematicamente aproveitável) juntamente com uma espécie de dicionário aplicando-as ao seu domínio e os teoremas que podem ser demonstrados a partir desse sistema. Convém pensar em alguns exemplos para entender melhor esse conceito.
A Teoria da Mecânica de Newton consiste em três equações diferenciais (equações que mostram relações entre coisas mensuráveis e suas taxas de variação), justamente com o mapa de significados dos símbolos e os teoremas que podem ser provados a partir dessas leis. Note-se que nenhuma das equações básicas da teoria de Newton dizia que o tempo fosse absoluto, embora essa ideia seja normalmente usada por quem lida com essa teoria.
A Teoria Eletromagnética tipicamente é representada por quatro leis representadas por equações diferenciais, juntamente com seu mapa de significados e os teoremas que podem ser provados a partir dessas equações. Um desses teoremas, juntamente com uma lei adicional (equivalência dos sistemas inerciais), implica na Teoria Especial da Relatividade. Essas são as leis que, quando expressas de forma válida no mundo quântico, definem toda a Química, entre outras coisas.
A Teoria Especial da Relatividade consiste nas três leis de Newton e mais duas: (a) a previsão da Teoria Eletromagnética de que a velocidade da luz no vácuo é absoluta e (b) a lei de que todos os sistemas inerciais (em que não existe aceleração espontânea) são localmente equivalentes entre si. E, sim, as leis de Newton permanecem válidas na Relatividade Especial. O que não permanece válido é a ideia de que o tempo é absoluto e que introduz erros na hora de deduzir outras fórmulas a partir das básicas da teoria newtoniana.
A Teoria Geral da Relatividade consiste nas leis da Relatividade Especial e mais uma equação deduzida independentemente tanto por Hilbert quanto por Einstein, que descreve a relação entre energia-momentum-tensões e curvaturas no espaço-tempo. Consegue explicar a gravidade de forma muito simples e eficiente, dando resultados acurados.
Pois é justamente essa última equação, exclusiva da Relatividade Geral, que implica na existência dos buracos negros, dadas as circunstâncias adequadas. Essa mesma equação também prevê as ondas gravitacionais, wormholes (também conhecidos como “buracos de verme”, “buracos de minhoca”, portais) e, quando combinada com as leis da Termodinâmica, também prevê o Big Bang. Todas essas coisas foram previstas pelo estudo da equação mencionada antes de haver qualquer observação desses fenômenos ou suas consequências.
Inicialmente, Einstein não tinha ideia dessas coisas. Logo depois de ele divulgar sua equação, Karl Schwarzchild a usou para calcular a curvatura ao redor de uma estrela estática e sem rotação. Foi aí que constatou que, se a massa da estrela fosse mantida, mas seu raio fosse reduzido além de certo limite, seria formado um buraco negro, em cujo interior a dimensão radial (que liga o centro à “superfície”) passaria a ser uma dimensão de tempo e a nossa dimensão de tempo funcionaria como espaço. Trata-se de uma previsão da equação, não de Einstein.
A diferença entre previsão da teoria e a crença de seu autor fica ainda mais evidente quando observamos a reação de Einstein aos resultados de vários pesquisadores, especialmente o modelo de Lemaître, hoje conhecido como Big Bang: total ceticismo, apesar de ser uma previsão de sua própria teoria. Ele cria que o Universo fosse eterno. Na época, assim como hoje, era muito perturbadora nos meios acadêmicos a ideia de que o Universo foi criado. Mais tarde, ele aceitou o resultado ao conferir os dados coletados por Hubble sobre o avermelhamento de galáxias, uma das consequências do modelo de Lemaître.
Outra lição interessante que aprendemos da história das descobertas científicas é que, quando se usam métodos da “hard science”, isto é, baseada em métodos matemáticos usados coerentemente, tanto na pesquisa experimental quanto na teórica, são feitas previsões detalhadas sobre fenômenos nunca observados, e tais previsões mostram-se acuradas muito tempo mais tarde, quando se torna possível observar os fenômenos previstos.
A notícia da primeira foto de um buraco negro é um lembrete desse que é um dos aspectos mais interessantes da Ciência.
