Ilustração do fenômeno: o buraco negro menor ‘perfura’ a órbita do maior gerando quantidades massivas de calor e luz

Astrônomos conseguiram comprovar as principais previsões das teorias de Albert Einstein sobre a relatividade estudando a maneira como dois buracos negros se movem.

Um desses objetos é um verdadeiro colosso – um buraco que pesa 18 bilhões de vezes a massa do nosso Sol; o outro não é tão grande assim, com “apenas” 150 milhões de massas solares.

Os cientistas conseguiram prever suas interações com muita precisão. Para isso, eles fizeram cálculos incluindo os efeitos de distorção no espaço-tempo gerados pelos buracos e considerando que o buraco maior tinha uma “superfície” lisa.

O emparelhamento de buracos negros, conhecido como OJ 287, fica a cerca de 3,5 bilhões de anos-luz da Terra.

Os cientistas há muito conhecem um brilho repentino desse sistema que ocorre duas vezes a cada 12 anos. A explosão de energia é equivalente a um trilhão de sóis acendendo ao mesmo tempo na galáxia hospedeira dos buracos.

A melhor explicação para esse comportamento extraordinário é que o objeto menor está rotineiramente colidindo com um disco de gás e poeira acumulado em seu companheiro maior, aquecendo o material a temperaturas extremamente altas no processo.

Mas essa queima é um tanto irregular. Às vezes, os episódios de clareamento no período de 12 anos ocorrem com apenas um ano de intervalo; outras vezes, com até 10 anos de diferença.

Isso porque há grande complexidade no caminho que o pequeno buraco percorre em torno de seu parceiro – uma complexidade que a equipe de pesquisa agora incorporou em um modelo altamente sofisticado.

“A órbita do buraco negro menor muda de eixo. É por isso que os tempos dos impactos variam”, diz Mauri Valtonen, da Universidade de Turku, na Finlândia. “Já em 1996 tínhamos um modelo que previa mais ou menos o que aconteceria. Mas temos cada vez mais precisão”, diz ele à BBC News.

Ondas gravitacionais

Um dos parâmetros importantes do modelo atualizado é a energia que irradia para longe do sistema na forma de ondas gravitacionais.

Essas ondulações na estrutura do espaço-tempo — previstas pela teoria da relatividade geral de Einstein — são geradas por corpos em aceleração e, nas circunstâncias supermassivas do OJ 287, exercem uma influência significativa na maneira como o sistema opera.

O grande teste do modelo mais recente ocorreu em 31 de julho do ano passado, quando o aparecimento da queima mais recente foi identificado dentro de 2,5 horas do que as equações haviam previsto.

O evento foi capturado pelo telescópio espacial infravermelho Spitzer, da Nasa (a agência espacial americana), em um momento de sorte, porque o OJ 287 estava do outro lado do Sol em relação à Terra na época e, portanto, fora da vista das instalações terrestres.

O fato de o Spitzer ser um telescópio espacial e estar longe da Terra (160 milhões de km), por outro lado, colocou-o em posição privilegiada para ver o fenômeno.

“Quando verifiquei pela primeira vez a visibilidade do OJ 287, fiquei chocado ao descobrir que Spitzer captou o dia em que se previa o próximo fenômeno”, disse Seppo Laine, um cientista da equipe de funcionários da Caltech, nos EUA, que supervisionou a visualização do Spitzer.

“Foi muita sorte podermos capturar o pico desse fenômeno com o Spitzer, porque nenhum outro instrumento feito por humanos foi capaz de alcançar esse feito naquele momento específico”.

Outro refinamento do modelo envolveu o aumento de detalhes sobre as características físicas do buraco negro maior. Especificamente, sua rotação.

O Spitzer foi o único telescópio capaz de observar o fenômeno

Cientistas, incluindo Stephen Hawking, desenvolveram o que ficou conhecido como o teorema “sem pelos” dos buracos negros. Isso afirma essencialmente que a superfície, ou “horizonte de eventos”, de um buraco negro ao longo de seu eixo de rotação é simétrica – não existem protuberâncias e inchaços.

Diz-se que a observação do JO 287 é o melhor teste até agora desta ideia. Se houvesse irregularidades graves, o tempo não teria sido previsto com a mesma precisão.

O professor Achamveedu Gopakumar, do Instituto de Pesquisa Fundamental Tata, na Índia, trabalhou na adições das ondas gravitacionais ao modelo, juntamente com a estudante Lankeswar Dey.

O professor falou de sua “alegria” ao ver os dados do Spitzer chegarem. Agora, ele espera que o OJ 287 seja fotografado pelo telescópio Event Horizon (EHT), que produziu a primeira imagem de um buraco negro tirada pela humanidade no ano passado.

“O EHT observou a fonte (do fenômeno) em 2017 e 2018. As outras pesquisas estão suspensas (por causa do coronavírus) e esperamos ter tempo durante 2021”, disse ele à BBC News.