Os buracos negros estão entre os objetos mais fascinantes do Universo. Envolvendo enormes quantidades de matéria em regiões relativamente pequenas, estes objetos compactos têm densidades enormes que dão origem a alguns dos campos gravitacionais mais fortes do cosmos, tão fortes que nada pode escapar - nem mesmo a luz.
Esta impressão artística mostra dois buracos negros que estão em espiral um em direção ao outro e, eventualmente, ir-se-ão fundir. Uma fusão de um buraco negro foi detetada pela primeira vez em 2015 pelo LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), que detetou as ondas gravitacionais - flutuações no tecido do espaço-tempo - criadas pela colisão gigante.
Buracos negros e ondas gravitacionais são previsões da relatividade geral de Albert Einstein, a qual foi apresentada em 1915 e permanece, até hoje, a melhor teoria para descrever a gravidade em todo o Universo.
Karl Schwarzschild derivou as equações para buracos negros em 1916, mas estas permaneceram uma curiosidade teórica durante várias décadas, até que as observações de raios-X realizadas com telescópios espaciais puderam finalmente sondar a emissão altamente energética da matéria na vizinhança desses objetos extremos. A primeira imagem da silhueta escura de um buraco negro, lançada contra a luz da matéria no seu entorno imediato, só foi capturada recentemente pelo EHT (Event Horizon Telescope) e publicada no mês passado.
Quanto às ondas gravitacionais, foi o próprio Einstein quem previu a sua existência a partir da sua teoria, também em 1916, mas levaria outro século para finalmente se observar essas flutuações. Desde 2015, os observatórios terrestres LIGO e Virgo reuniram mais de uma dúzia de deteções e a astronomia de ondas gravitacionais é um novo campo de investigação em desenvolvimento.
Mas outra das previsões de Einstein encontrou prova de observação muito mais cedo: a curvatura gravitacional da luz, que foi demonstrada apenas alguns anos depois da teoria aparecer, durante um eclipse total do Sol em 1919.
No contexto da relatividade geral, qualquer objeto com massa dobra o tecido do espaço-tempo, desviando o caminho de qualquer coisa que passe por perto - incluindo a luz. Uma visão artística dessa distorção, também conhecida como lente gravitacional, encontra-se retratada nesta representação de dois buracos negros em fusão.
Há cem anos, os astrónomos começaram a testar a relatividade geral, observando se e como a massa do Sol desvia a luz de estrelas distantes. Esta experiência só poderia ser realizada obscurecendo a luz do Sol para revelar as estrelas ao seu redor, algo que é possível durante um eclipse solar total.
Em 29 de maio de 1919, Sir Arthur Eddington observou as estrelas distantes ao redor do Sol durante um eclipse na ilha do Príncipe, na África Ocidental, enquanto Andrew Crommelin realizou observações semelhantes em Sobral, no nordeste do Brasil. Os seus resultados, apresentados seis meses depois, indicaram que as estrelas observadas perto do disco solar durante o eclipse foram levemente deslocadas em relação à sua posição normal no céu, aproximadamente pela quantidade prevista pela teoria de Einstein para o seu desvio devido à massa do Sol.
"Acende todos os mortos no céu", destacou o New York Times em novembro de 1919 para anunciar o triunfo da nova teoria de Einstein. Isto inaugurou um século de experiências excitantes a investigar a gravidade na Terra e no espaço e a provar a relatividade geral de um modo cada vez mais preciso.
Demos saltos gigantescos nos últimos cem anos, mas ainda há muito para descobrir. Athena, o futuro observatório de raios-X da ESA, investigará detalhadamente, e sem precedentes, os buracos negros supermassivos que se situam no centro das galáxias. LISA, outra futura missão da ESA, detetará as ondas gravitacionais a partir de órbita, procurando as flutuações de baixa frequência que são libertadas quando dois buracos negros supermassivos se fundem e só podem ser detetados a partir do espaço.
Ambas as missões estão atualmente em fase de estudo e estão programadas para lançamento no início da década de 2030. Se Athena e LISA pudessem operar em conjunto por pelo menos alguns anos, poderiam realizar uma experiência única: observar a fusão de buracos negros supermassivos tanto em ondas gravitacionais quanto em raios-X, utilizando uma abordagem conhecida como astronomia multi-mensageira.
Nunca observámos tal fusão: precisamos de LISA para detetar as ondas gravitacionais e nos dizer onde procurar no céu, depois precisamos que Athena a observe com alta precisão em raios-X para ver como a poderosa colisão afeta o gás que circunda os buracos negros. Não sabemos o que acontece durante um confronto cósmico deste tipo, portanto, essa experiência, muito parecida com o eclipse de 1919 que primeiro provou a teoria de Einstein, está preparada para abalar a nossa compreensão da gravidade e do Universo.
Duas missões futuras do programa de ciência espacial da ESA que vão investigar alguns dos fenómenos mais extremos do Universo: Athena (Advanced Telescope for High-ENergy Astrophysics) e LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Atualmente em fase de estudo, ambas as missões têm lançamento previsto para a década de 2030.
ATHENA será o maior observatório de raios-X já construído, investigando alguns dos fenómenos mais quentes e energéticos do cosmos com uma precisão e profundidade sem precedentes.
LISA será o primeiro observatório espacial de ondas gravitacionais - flutuações no tecido do espaço-tempo produzidas pela aceleração de objetos cósmicos com campos gravitacionais muito fortes, como por exemplo pares de buracos negros em fusão.
Crédito: ESA - S. Poletti
