Uma nova investigação sugere que futuras imagens de buracos negros em alta resolução poderão finalmente determinar se a teoria da gravidade de Albert Einstein, a relatividade geral, descreve com precisão estes objetos cósmicos – ou se são necessárias teorias alternativas. O Event Horizon Telescope (EHT), que capturou as primeiras imagens de buracos negros em 2019 e 2022, abriu uma nova era na astrofísica observacional. Mas mesmo que estas imagens confirmem muitas previsões da relatividade geral, também levantam a possibilidade de detectar desvios subtis que poderiam apontar para uma compreensão mais completa da gravidade.
A Sombra da Dúvida
O EHT não cria imagens diretas dos próprios buracos negros. Em vez disso, capta o brilho intenso da matéria sobreaquecida que gira em torno destes objetos, criando uma “sombra” escura que delineia o horizonte de eventos – o ponto sem retorno onde a gravidade se torna inevitável. O estudo mais recente propõe que uma análise detalhada destas sombras poderia revelar pequenas discrepâncias em relação às previsões de Einstein.
“Desenvolvemos uma forma de comparar imagens de gás quente em torno de buracos negros previstas pela relatividade geral com aquelas previstas por teorias alternativas”, explica Akhil Uniyal da Universidade Jiao Tong de Xangai, principal autor da investigação. “Simulações realistas mostram que mesmo pequenas diferenças na gravidade subjacente se tornarão detectáveis à medida que a resolução da imagem melhorar.”
O legado de Einstein: espaço-tempo distorcido
A teoria da relatividade geral de Einstein, publicada em 1915, revolucionou a nossa compreensão da gravidade. Ao contrário da visão de Newton da gravidade como uma força, Einstein propôs que os objetos massivos deformam a estrutura do espaço e do tempo, criando os efeitos gravitacionais que observamos. Esta deformação torna-se extrema perto dos buracos negros, onde a gravidade é tão forte que nem mesmo a luz consegue escapar.
O conceito de buraco negro surgiu das equações de Einstein em 1916, graças ao trabalho de Karl Schwarzschild. Estas soluções revelaram que no coração de um buraco negro existe uma singularidade – um ponto onde as leis da física falham. Ao redor da singularidade está o horizonte de eventos, a fronteira além da qual nada pode escapar.
Além de Einstein: a busca por alternativas
Embora a relatividade geral tenha passado por inúmeros testes, os cientistas há muito especulam que esta pode não ser a história completa. Algumas teorias alternativas propõem que os buracos negros podem não ter singularidades, ou que poderiam ser descritos por uma física mais complexa. Essas teorias muitas vezes exigem questões exóticas ou violações de leis conhecidas.
“Em termos gerais, existem os buracos negros rotativos padrão descritos pela relatividade geral e, em seguida, uma variedade de alternativas motivadas por diferentes teorias”, diz Uniyal. “Todas essas alternativas são mais complexas do que as propostas por Einstein, mas permanecem teoricamente viáveis até serem refutadas.”
Como as sombras revelam a verdade
A chave para testar estas alternativas reside na medição precisa das sombras dos buracos negros. Pequenos desvios na gravidade subjacente traduzir-se-ão em mudanças subtis no tamanho e na forma da sombra, bem como na forma como a luz se curva em torno do buraco negro.
“A sombra do buraco negro codifica a geometria do espaço-tempo muito próxima do objeto compacto”, explica Uniyal. “Pequenos desvios métricos se traduzem em mudanças pequenas e sistemáticas no tamanho e forma da sombra e na forma como os anéis de luz se formam ao seu redor.”
O estudo demonstra que mesmo que as diferenças entre a relatividade geral e as teorias alternativas sejam pequenas, elas se tornarão detectáveis à medida que a resolução da imagem melhorar. Os investigadores quantificaram mesmo estas diferenças, fornecendo alvos concretos para futuros observatórios.
O futuro da imagem do buraco negro
Os próximos passos envolvem melhorar a qualidade das imagens dos buracos negros, adicionando mais telescópios à rede EHT e explorando a interferometria baseada no espaço. À medida que a resolução aumenta, a capacidade de distinguir entre a relatividade geral e teorias alternativas ficará mais forte.
“O que os nossos resultados mostram é que quaisquer que sejam os buracos negros considerados, as diferenças serão pequenas e, portanto, são necessárias medições muito precisas”, diz Uniyal. “Felizmente, estas observações serão possíveis num futuro não muito distante.”
Esta pesquisa destaca o poder da astrofísica observacional para testar teorias fundamentais da física. À medida que a imagem de buracos negros continua a avançar, poderemos em breve ter uma resposta definitiva sobre se a teoria de Einstein continua a ser a descrição definitiva da gravidade.
