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Gabriela Bailas1, Guilherme Vieira2

¹ Doutora em Física Teórica de Partículas @bibibailas (instagram/Twitter)

2 Doutorando em Física no CBPF @guilhermesechat (instagram/Twitter)

Esse artigo foi produzido em colaboração com os canais:

Gabriela Bailas – Canal Física e Afins: https://www.youtube.com/channel/UCmiptCNi7GR1P0H6bp9y0lQ

Guilherme Vieira – Canal Sechat: https://www.youtube.com/user/guilhermewellsful

Edição Vol. 7, N. 6, 19 de Outubro de 2020

Fonte: https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2020/summary/

No dia 6 de outubro de 2020 foi anunciado o Prêmio Nobel de Física 2020. Este ano o prêmio foi conferido a pesquisas envolvendo buracos negros. Os três cientistas laureados são: Roger Penrose, Reinhard Genzel e Andrea Ghez [1]. Apesar da primeira cerimônia do Nobel ter acontecido há quase 120 anos atrás, em 1901, Andrea Ghez é a quarta mulher a receber o prêmio Nobel em Física.

O alemão Reinhard Genzel e a americana Andrea Ghez, através de suas contribuições demonstraram através de observações astronômicas a existência de um buraco negro super massivo no centro da nossa galáxia. Roger Penrose contribuiu grandemente na Física teórica e, graças aos seus estudos, podemos entender que os buracos negros realmente existem.

ROGER PENROSE E SUA CONTRIBUIÇÃO IMENSURÁVEL PARA A FÍSICA

A frase “os buracos negros são os objetos mais misteriosos do universo” vem perdendo seu espaço. Quando Einstein a apresentou a Relatividade Geral em 1915[2], após anos de generalização dos estudos dele, Poincaré, Lorentz e outros, finalmente foi proposta uma nova Teoria de Gravitação, uma para expandir a de Newton, que por séculos guiou a humanidade. Porém, à desgosto do próprio Einstein, a teoria precisou ser formulada com uma matemática muito pesada e difícil de trabalhar. Ele não imaginou que poderiam resolver, sem aproximações, sua principal equação: uma que relaciona de um lado a energia e matéria envolvida e do outro lado a distorção no espaço-tempo causada por ela. No ano seguinte Karl Schwarzschild enviou para Einstein uma solução da sua equação[3], simples mas que descrevia o campo gravitacional de planetas e estrelas conhecidas, explica problemas seculares sobre a órbita de mercúrio, mede o encurvamento de raios de luz por uma estrela (no famoso experimento realizado em Sobral, Ceará, em 1919), e deu uma ideia de uma objeto estranho, depois chamados de Buracos Negros[4]. Schwarzschild produziu esses trabalhos no front da Primeira Guerra e morrera naquele mesmo ano por uma doença auto-imune, dois meses após Einstein apresentar suas soluções em seu nome.

Esses objetos, os buracos negros, poderiam ser apenas mais um resultado abstrato de soluções matemáticas, sem validade física. Apenas uma curiosidade teórica. Isso é comum no trabalho acadêmico, por isso é muito importante darmos atenção aos detalhes, e por isso mais importante ainda incentivar a pesquisa básica mesmo sem saber onde dará. Roger Penrose entra nessa história como uma das pessoas que alavancou a pesquisa nesses objetos, que à seu tempo de formação eram hipotéticos. Um buraco negro deve ser compreendido como um objeto em que sua densidade extrema faz sua massa ficar concentrada dentro de uma região esférica conhecida por Raio de Schwarzschild. Esse valor matemático causa uma modificação nas equações gravitacionais, uma mudança de sinais. Mas uma mudança que muda a física completamente. Dentro desse raio o próprio espaço-tempo se move em direção ao centro. No centro as equações matemáticas quebram. Como quebram ? É como dividir algum número por zero na calculadora, dá um erro! É a singularidade. Mas se depois do horizonte de eventos toda a massa tende ao centro o que acontece com ela ? O mundo real não pode simplesmente dar erro, ele precisa acontecer.

Nesse aspecto então que foram necessárias diversas pesquisas teóricas por Penrose e diversos colaboradores, como o também famoso Stephen Hawking, para entender as minúcias do funcionamento do buraco negro, entender o que é essa singularidade, quais são suas consistências e inconsistências com a física. Penrose, um matemático, utilizando dessas ferramentas, propôs como uma estrela pode colapsar e se tornar um buraco negro. Para isso propôs a existência do Horizonte de Eventos nessa região definida pelo Raio de Schwarzschild, que “esconderia” essa aberração física, a singularidade, da interação com o resto do universo. Onde então Wheeler, outro pesquisador da área, cunhou o termo Buraco Negro. Penrose compreendeu processos onde se poderiam retirar, e desacelerar, buracos negros com rotação[4]. Assim como trabalhos que ajudaram a construir a famosa Teoria do Big Bang[5]. Em resumo, como outro Nobel comentou: “Penrose revolucionou as ferramentas matemáticas que usamos para analisar as propriedades do espaço-tempo”, Kip Thorne. Porém, os buracos negros necessitam, como todo o processo científico pede, comprovações experimentais/observacionais.

BURACO NEGRO SUPERMASSIVO NO CENTRO DA GALÁXIA

Andrea Ghez define o buraco negro para os leigos como um “objeto cuja força gravitacional é tão intensa que nada pode escapar, nem mesmo a luz”. O buraco negro estudado por Ghez e Genzel é um buraco negro supermassivo que se encontra no centro da nossa Via Láctea e foi denominado de “Sagitário A*”. Para que a observação astronômica fosse realizada o grupo de Ghez utilizou os telescópios do Observatório W. M. Keck no Havaí.


O diretor do observatório, Hilton Lewis, escreveu um pequeno artigo (https://www.keckobservatory.org/hilton-ghez-editorial/) onde ele conta que há 25 anos ninguém acreditou que a ideia da Andrea Ghez iria dar certo. Recém formada e descrita pelo diretor do observatório como uma força da natureza Andrea Ghez já era determinada e sabia o que estava buscando. Ela pediu que os softwares do observatório fossem alterados para fazer um experimento com o fim de provar o buraco negro no centro da Via Láctea. No final das contas, ela estava certa e por 25 anos vêm estudando quase que exclusivamente Sagitário A*. Neste último quarto de século muitas evidências surgiram e Andrea é sem dúvida uma das pioneiras nesta busca incansável por informações.

Conceituar um buraco negro é um trabalho muito complicado e as leis da Física ao redor desses “monstros” não são para nada parecidas com aquelas que operam na Terra. Outro ponto complicado nos estudos envolvendo buracos negros é que o espaço e o tempo se misturam, então matematicamente não é uma tarefa fácil. A observação de um buraco negro é feita através da observação dos objetos que giram no seu entorno, como por exemplo o movimento das estrelas ao seu redor. Na observação ganhadora do Nobel a dupla laureada observou por 10 anos o movimento de uma estrela próxima à localização hipotetizada do buraco negro[7]. Isso pois ele não emite e nem reflete luz para ser observada diretamente, apenas sabemos dele por sua interação gravitacional. Além disso há muita poeira e outros corpos celestes no caminho da observação. A cada dia que passa, a Ciência apresenta novas descobertas e evolui muito, pois a tecnologia também está evoluindo. Nos próximos anos muitas novas evidências e informações sobre buracos negros e outros tópicos em aberto (ou a serem abertos) na Física irão surgir, como recentemente ocorreu pela detecção de ondas gravitacionais e buracos negros por meio delas como consequência. Para isso é bom ficar atento às detecções do LIGO[8] e Event Horizon Telescope[9], por exemplo.

Andrea Ghez é a quarta mulher laureada com um prêmio Nobel em Física

Desde a primeira cerimônia do Prêmio Nobel em 1901, mais de 200 homens foram laureados com este prêmio, porém apenas 4 mulheres conseguiram a mesma façanha. Estas 4 mulheres são:

  1. Marie Curie (1903) pelas suas pesquisas pioneiras em radiação. Também foi a responsável pela descoberta dos elementos químicos Rádio e Polônio.
  2. Marie Goeppert Mayer (1963) construiu o primeiro modelo avançado da estrutura nuclear.
  3. Donna Strickland (2018) desenvolveu uma técnica revolucionária para as tecnologias do laser.
  4. Andrea Ghez (2020) observação de um buraco negro supermassivo no centro da galáxia.

É importante esclarecermos que estas não são as únicas mulheres, cujo trabalho revolucionou a ciência. Muitas outras mulheres contribuíram enormemente para a Física, porém, infelizmente, ainda vivemos em uma sociedade muito sexista. As mulheres muitas vezes acabam sendo invisibilizadas e seu trabalho não recebe o devido crédito. Aos poucos e a passos lentos as coisas estão mudando e esperamos em um futuro vermos mais mulheres recebendo prêmios importantes, ocupando espaços importantes na área acadêmica e ganhando destaque.

REFERÊNCIAS

[1] The Nobel Prize in Physics 2020, NobelPrize.org. Nobel Media AB 2020. Sat. 17 Oct 2020. – https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2020/summary/

[2] On the Electrodynamics of Moving Bodies – Einstein, Albert – http://www.zbp.univie.ac.at/dokumente/einstein3.pdf

[3] Eisenstaedt, “The Early Interpretation of the Schwarzschild Solution,” in D. Howard and J. Stachel (eds)

[4] Gravitation – Charles W. Misner, Kip S. Thorne, John A. Wheeler

[5] Clark, Stuart. “A brief history of Stephen Hawking: A legacy of paradox”. New Scientist. Retrieved 7 October 2020.

[6] Thorne, Kip; Thorne, Kip S.; Hawking, Stephen (1994). Black Holes and Time Warps: Einstein’s Outrageous Legacy. W. W. Norton & Company. ISBN 978-0-393-31276-8.

[7] Ghez, A. M.; et al. (December 2008). “Measuring Distance and Properties of the Milky Way’s Central Supermassive Black Hole with Stellar Orbits”. Astrophysical Journal. 689 (2): 1044–1062. arXiv:0808.2870. Bibcode:2008ApJ…689.1044G. doi:10.1086/592738. S2CID 18335611.

[8] Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory – https://www.ligo.caltech.edu/

[9] Event Horizon Telescope (EHT) – eventhorizontelescope.org

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