O Prêmio Nobel de Física deste ano se concentra nos buracos negros, alguns dos objetos mais enigmáticos do Universo. O Prêmio foi concedido por estabelecer que buracos negros podem se formar dentro dos princípios da Teoria da Relatividade Geral, bem como pela descoberta de um objeto compacto supermassivo, compatível com um buraco negro, no centro de nossa galáxia. Nem mesmo Albert Einstein, o pai da relatividade geral, pensou que buracos negros pudessem realmente existir. Em seu centro, os buracos negros escondem uma singularidade, uma fronteira na qual todas as leis conhecidas da natureza se quebram.

Primeira imagem de buraco negro obtida (2019). Fonte NASA

Os buracos negros são talvez a consequência mais estranha da Teoria da Relatividade Geral. Quando Albert Einstein apresentou sua teoria em novembro de 1915, ela derrubou todos os conceitos anteriores de espaço e tempo. A teoria forneceu uma base inteiramente nova para a compreensão da gravidade, que molda o universo em maior escala. Desde então, essa teoria tem fornecido a base para todos os estudos do universo, e tem uso prático em uma das ferramentas de navegação mais comuns de nossos dias, o GPS.

Laureados

O Prêmio Nobel de Física de 2020 laureou três cientistas:

• Roger Penrose, nascido em 1931 em Colchester, Reino Unido
  Ph.D. em 1957 pela Universidade de Cambridge, Reino Unido.
  Professor da Universidade de Oxford, Reino Unido.

• Reinhard Genzel, nascido em 1952 em Bad Homburg vor der Höhe, Alemanha. Ph.D. em 1978 pela Universidade de Bonn, Alemanha.
  Diretor do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre, Garching, Alemanha e Professor da Universidade da Califórnia, Berkeley, EUA.

• Andrea Ghez, nascida em 1965 na cidade de Nova York, EUA.
  Ph.D. em 1992 pela California Institute of Technology, Pasadena, EUA.
  Professora da Universidade da Califórnia, Los Angeles, EUA.

Metade do prêmio foi concedida a Roger Penrose, “pela descoberta de que a formação de buracos negros é uma previsão robusta da teoria geral da relatividade”, e outra metade a Reinhard Genzel e Andrea Ghez, “pela descoberta de um objeto compacto supermassivo no centro da nossa galáxia.”

Contribuições

Roger Penrose inventou métodos matemáticos engenhosos para explorar a Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein. A dúvida sobre buracos negros poderem se formar em condições realistas, era algo que intrigava Roger Penrose. A resposta, apareceu no outono de 1964, durante uma caminhada com um colega em Londres. A ideia, que ele chamou de superfícies retidas, era a chave que ele estava inconscientemente procurando. Uma superfície retida força todos os raios a apontar para um centro, independentemente da superfície se curvar para fora ou para dentro. Usando superfícies retidas, Penrose conseguiu provar que um buraco negro sempre esconde uma singularidade, uma fronteira na qual o tempo e o espaço terminam. Sua densidade é infinita e, por enquanto, não há uma teoria sobre como abordar este que é o fenômeno mais estranho da física. As superfícies retidas se tornaram um conceito central na conclusão da prova de Penrose do teorema da singularidade.

Imagem representando a formação de um buraco negro e singularidade.
Fonte: nobelprize.org

Por mais de cinquenta anos, físicos suspeitaram da existência de um buraco negro no centro da Via Láctea. Desde que os quasares* foram descobertos, no início dos anos 1960, os físicos teorizaram que buracos negros supermassivos poderiam ser encontrados dentro das grandes galáxias, incluindo a Via Láctea. No entanto, ninguém pode explicar atualmente como as galáxias e seus buracos negros foram formados. Cem anos atrás, o astrônomo americano Harlow Shapley foi o primeiro a identificar o centro da Via Láctea, na direção da constelação de Sagitário, onde, com observações posteriores, os astrônomos encontraram uma forte fonte de ondas de rádio, que recebeu o nome de Sagitário A*. No final da década de 1960, ficou claro que Sagitário A* ocupa o centro da Via Láctea, ao redor da qual todas as estrelas da galáxia orbitam. Só na década de 1990 telescópios maiores e equipamentos mais sofisticados permitiram estudos mais sistemáticos de Sagitário A*. Reinhard Genzel e Andrea Ghez iniciaram projetos para tentar ver através das nuvens de poeira o coração da Via Láctea. Junto com seus grupos de pesquisa, desenvolveram e aprimoraram suas técnicas, construindo instrumentos únicos e se comprometendo com pesquisas de longo prazo.

Imagem representando Sagittarius A* no centro da nossa galáxia. Fonte: nobelprize.org

• Quasar é a abreviação de quasi-stellar radio source, um objeto astronômico distante e energético com um núcleo galáctico ativo, de tamanho maior que o de uma estrela. O MCT-PUCRS, possui diversos espaços com experiências que envolvem a Física para você explorar e, quem sabe um dia, tornar-se também um vencedor do prêmio Nobel!

Referências:
The Nobel Prize in Physics 2020. NobelPrize.org. Nobel Media AB 2020. <https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2020/summary/>