Cientistas tentam compreender o nascimento, crescimento e poder dos buracos negros, alguns dos objetos mais poderosos, mas mais difíceis de detetar do nosso Universo.
Só no ano passado é que os astrónomos conseguiram finalmente revelar as primeiras imagens do buraco negro supermaciço no centro da nossa galáxia, a Via Láctea. Mas, na realidade, não se podia ver o buraco negro em si, não diretamente. Tal acontece porque é tão denso que a sua força gravitacional impede a luz de escapar.
Mas a imagem de Sagittarius A, como é conhecido o buraco negro da nossa galáxia, revelou uma auréola de gás brilhante à volta do objeto - um objeto que sabemos agora ter um milhão de vezes mais massa do que o nosso Sol.
Descobertas recentes como esta, bem como muitas outras, surpreenderam os astrónomos.
"Durante os últimos anos, tudo o que pensávamos saber sobre buracos negros vem agora com um ponto de interrogação", diz Michela Mapelli, astrofísica na Universidade de Pádua, em Itália.
Toda a gente já ouviu falar de buracos negros. No entanto, poucas pessoas se apercebem do quanto estes estranhos objetos continuam a importunar os astrónomos.
No ano passado, um buraco negro anunciou-se aos astrónomos, quando desfez e depois engoliu uma estrela que se tinha aproximado demasiado. Outro foi descrito como o buraco negro de crescimento mais rápido observado, devorando a massa equivalente a uma Terra a cada segundo. Como resultado, já é 3 mil milhões de vezes maior do que o nosso Sol.
Pigmeus cósmicos
Mapelli estuda os buracos negros estelares, que são formados pelo colapso de uma estrela grande e de rápida combustão. Em comparação com os supermaciços, estes buracos negros são pigmeus cósmicos.
Os astrónomos tinham esperado que tais buracos negros possuíssem entre cinco e 10 vezes a massa do nosso Sol.
Mas a verdade é que estes tipos de buraco negro vêm numa gama muito mais vasta de tamanhos. Recentemente, foram descobertos alguns que chegam a atingir cerca de 100 massas solares, bem como um tão pequeno como 2,6.
"Descobrimos características e uma variedade maciça de buracos negros que nem sequer podíamos imaginar antes das observações recentes", disse Mapelli.
Um sistema que a intriga são os buracos negros binários - onde dois se orbitam mutuamente. Isto pode acontecer quando duas estrelas que se orbitam acabam a sua vida como buracos negros.
Também neste caso, poderia haver muitas outras formas de formar buracos negros binários e isto é algo que Mapelli estuda no seu projeto DEMOBLACK, financiado pelo Conselho Europeu de Investigação.
"Há sete anos, a maioria das pessoas mostrava-se cética quanto à existência de buracos negros binários», disse. «Nem os teóricos estavam convencidos da sua existência".
Atualmente, afirmou Mapelli, foram descobertos quase 100. Expelem ondas gravitacionais, ondulações no espaço-tempo que podem ser apanhadas por detetores sofisticados no Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferómetro Laser nos EUA e no interferómetro Virgo de Itália.
De acordo com Mapelli, a maioria dos astrofísicos duvidou que dois buracos negros se poderiam aproximar o suficiente para se fundirem, mas depois as ondas gravitacionais começaram a sinalizar a colisão dos buracos negros. Em 2019, ocorreu um caso peculiar de fusão entre buracos negros de 60 e 80 massas solares.
Não se sabe se estes buracos negros foram formados diretamente a partir de estrelas. Isto acontece porque a suposição de que os buracos negros formados de estrelas se situavam entre cinco e 10 massas solares foi agora descartada.
"Existe um ponto de interrogação muito grande sobre se a massa máxima de um buraco negro estelar é apenas 60 massas solares ou se poderá ser 90 ou até 300?" disse Mapelli. "Sinto-me culpada por esta grande incerteza porque contribuí para esta situação".
Monstros galácticos
Os maiores monstros encontram-se no centro de quase todas as galáxias. Quase todos estão ativos, com gás quente que absorve gravidade no seu interior. Alguns destes buracos negros têm massas de até 10 mil milhões de vezes a massa do nosso Sol.
"Estes são os monstros reais", afirmou Christopher Reynolds, da Universidade de Cambridge, no Reino Unido. «A sua influência numa galáxia pode estender-se por 100, ou até 200, anos-luz.»
Mesmo a essas distâncias astronómicas, as estrelas e galáxias ainda sentem a força gravitacional destes buracos negros. Mas as suas explosões energéticas enquanto consomem matéria podem ser sentidas ainda mais longe, até aos 100 000 anos-luz ou mais. No projeto DISKtoHALO, financiado pela UE, Reynolds está a investigar como estes buracos negros supermaciços crescem, absorvem gás quente no seu interior e geram explosões de energia para o exterior.
"Sabemos que estes buracos negros produzem jatos de energia, emitindo choques para o exterior», disse.
Uma coisa que os astrofísicos ainda não conseguiram perceber é porque é que o gás no núcleo de algumas galáxias pode ser tão quente - até 10 a 100 milhões de ºC - sendo que os sistemas têm mil milhões de anos e, por essa razão, deveriam ter tido tempo suficiente para arrefecer.
A forma como os buracos negros interagem com o seu ambiente imediato e as partes distantes da sua galáxia é um enigma exigente. Os modelos informáticos têm dificuldade em ajudar porque isto requer uma perceção tanto de escalas relativamente pequenas como de escalas gigantescas medidas em anos-luz.
«Falamos de algo do tamanho de uma bola de ténis a controlar algo do tamanho da Terra», disse Reynolds.
Uma forma de estudar estes buracos negros supermaciços no centro de aglomerados de galáxias é estudar os gases quentes à sua volta. É impossível ver estes gases com um telescópio, mas a sua energia é observável através dos raios X que emitem por serem tão quentes.
Mais uma vez, desconhece-se porque é que o gás não arrefece e não coalesce em estrelas.
"Precisa de um aquecedor para emitir energia para o núcleo do aglomerado e o único aquecedor com poder suficiente são os buracos negros supermaciços", afirmou Reynolds.
A forma precisa como este aquecedor funciona continua a mistificá-lo e aos colegas. No entanto, é evidente que os buracos negros supermaciços não existem tranquilamente.
«Estes buracos negros não são esféricos, mas giram na forma de um disco cheio de instabilidades», disse Reynolds.
Apesar dos novos conhecimentos sobre estas criaturas galácticas estranhas, a verdadeira natureza dos buracos negros permanece obscura. Os pressupostos passados foram abalados. De uma coisa podemos ter a certeza, os buracos negros continuarão a intrigar as mentes mais brilhantes da astronomia.
A investigação neste artigo foi financiada pelo Conselho Europeu de Investigação (CEI) da UE. Este artigo foi originalmente publicado na Horizon, a Revista de Investigação e Inovação da UE
