Uma pesquisa publicada na revista Nature Astronomy diz que futuras imagens de buracos negros poderão ser tão detalhadas que permitirão testar, com mais rigor, se esses objetos realmente seguem as previsões da relatividade geral de Albert Einstein. 

A ideia é comparar o que essas imagens mostram com modelos alternativos de gravidade, que tentam explicar fenômenos extremos onde a física tradicional pode falhar.

Em poucas palavras:

Observações de buracos negros vão poder revelar diferenças importantes entre teorias;

Imagens detalhadas permitirão comparar modelos divergentes;

Os registros atuais captam sombras moldadas pelo gás quente orbitando o objeto;

Capturas avançadas dessas sombras poderão mostrar pequenas diferenças previstas por teorias;

Simulações indicam como o espaço-tempo pode alterar brilho e formato;

Novos telescópios ajudarão cientistas a confirmar limites ou revisar explicações.

Representação de imagens futuras de buracos negros mostrando uma sutil variação entre os descritos pela relatividade geral e aqueles que não são. Crédito: Luciano Rezzolla/Universidade Goethe

Essa possibilidade se apoia no avanço das observações do Telescópio do Horizonte de Eventos (EHT), responsável pela primeira imagem real de um buraco negro, feita em 2019, no centro da galáxia M87, e de Sagitário A* (Sgr A*), o buraco negro supermassivo da Via Láctea, em 2022. Tais registros não mostram os buracos negros diretamente, já que a luz não consegue escapar desses objetos. As imagens revelam o brilho do gás superaquecido que orbita esses monstros cósmicos e a sombra projetada no centro deles.

Os pesquisadores acreditam que essa sombra poderá ser registrada com tanta nitidez nos próximos anos que diferenças muito pequenas entre as previsões da relatividade geral e de teorias alternativas poderão finalmente aparecer. Para isso, eles desenvolveram um método de comparação de imagens sintéticas produzidas por simulações tridimensionais de gases e campos magnéticos ao redor de buracos negros, explorando diferentes cenários teóricos.

Imagens do buraco negro supermassivo no coração da galáxia M87, obtidas pelo Telescópio Horizonte de Eventos, mostram a mudança de polarização do seu campo magnético. Crédito: EHT Collaboration

Discrepâncias ficam mais evidentes quando a resolução das imagens melhora

Os resultados mostram que, embora os modelos alternativos se pareçam bastante com o buraco negro “padrão” nas imagens atuais, as discrepâncias ficam mais nítidas à medida que a resolução melhora. Isso significa que a próxima geração de observações poderá diferenciar um buraco negro que segue exatamente Einstein de outro que exige correções na teoria. Essa chance de comparação direta representa um avanço importante na busca por entender a gravidade em condições extremas.

A relatividade geral, proposta por Einstein em 1915, descreve a gravidade como a curvatura do espaço-tempo causada pela massa. Dessa ideia surgem os buracos negros, regiões onde essa curvatura se torna tão intensa que nada pode escapar. Em 1916, o astrofísico Karl Schwarzschild descreveu matematicamente essa estrutura, identificando a singularidade central e o horizonte de eventos, limite além do qual nem a luz retorna. Essa foi a base para o conceito moderno de buraco negro.

Apesar disso, cientistas questionam se essa “receita” está completa, já que a singularidade é um ponto onde a física conhecida deixa de funcionar. Teorias alternativas tentam resolver esse problema, mas muitas exigem matéria exótica ou mudanças profundas nas leis físicas. Modelos como o buraco negro de Kerr, que inclui rotação, coexistem com propostas mais radicais, todas ainda compatíveis com as observações atuais.

O buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea, Sgr A*, visto pela primeira vez em luz polarizada. Crédito: Colaboração EHT

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Sombra do buraco negro é a melhor pista para testar teorias

O desafio é que o horizonte de eventos impede qualquer observação direta do interior do buraco negro. Por isso, o estudo argumenta que a melhor pista para distinguir entre teorias está na sombra observada. Ao site Space.com, o autor principal da pesquisa, Akhil Uniyal, da Universidade Jiao Tong de Xangai, na China, explicou que pequenas variações na geometria do espaço-tempo podem alterar o formato dessa sombra, os anéis de luz ao redor dela e o brilho do material em seu entorno – detalhes que só aparecem com alta precisão.

Segundo Uniyal, essas diferenças também podem afetar como o gás se acumula, quanta radiação é emitida e onde jatos relativísticos são lançados. Em cenários mais extremos, algumas teorias preveem até a ausência de um horizonte de eventos, o que geraria assinaturas totalmente distintas nas imagens. Uma captura altamente detalhada poderia mostrar qual modelo descreve melhor o objeto observado.

Embora pequenas, as diferenças entre os modelos são mensuráveis, e observações mais precisas poderão identificá-las com segurança. O estudo destaca dois pontos animadores: as discrepâncias crescem de forma previsível conforme a resolução aumenta, e agora existem metas numéricas claras para orientar o desenvolvimento dos próximos telescópios.

Os próximos passos incluem expandir a rede global de 11 telescópios do EHT e explorar instrumentos de interferometria de base muito longa (VLBI) no espaço. A expectativa é que, com mais observações e mais cenários astrofísicos analisados, seja possível impor limites rigorosos às teorias alternativas ou até detectar sinais de que os buracos negros não se comportam exatamente como Einstein previu, o que abriria caminho para novos entendimentos sobre a gravidade.

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