Resolvido mistrio da luz se curvando perto dos buracos negros

Espao

Redação do Site Inovação Tecnológica – 13/07/2021

Luz em volta dos buracos negros

Uma galxia brilha em todas as direes.

Mas, se entre ela e ns existir um buraco negro, parte da luz da galxia chegar perto do buraco negro e ser levemente desviada, criando o que chamamos de lente gravitacional; outra parte da luz chegar ainda mais perto e contornar o buraco uma nica vez antes de escapar e vir em nossa direo, e assim por diante.

A parte da luz que vai se aproximando mais e mais do buraco negro atinge regies onde o espao to deformado que esses raios de luz iro se curvar tanto que vo girar em torno dele mais e mais vezes.

Esse fenmeno pode nos permitir ver vrias verses de uma mesma galxia que esteja l do outro lado: Quanto mais perto da borda do buraco estivermos apontando nossos telescpios, mais e mais verses da mesma galxia ns veremos.

Embora isso j seja conhecido h dcadas, agora um fsico finalmente conseguiu derivar uma expresso matemtica exata para calcular onde devemos procurar por essas imagens fantasmas ou para decidir se algo que os telescpios nos mostram um objeto novo ou simplesmente uma rplica de outro j observado.

A luz da galxia de fundo circunda o buraco negro um nmero crescente de vezes quanto mais perto ela passa do buraco. Com isto, vemos a mesma galxia em vrias direes.
[Imagem: Peter Laursen]

Fator 500

A pergunta mais direta nessa rea : O quanto mais perto do buraco negro voc precisa olhar para ver a prxima imagem da mesma galxia?

O resultado, tambm conhecido h mais de 40 anos, cerca de 500 vezes – mais precisamente, igual funo exponencial de dois pi, ou e^2π.

O problema que calcular essa proximidade to complicado que ainda no era possvel estudar por que esse fator exatamente esse, e no outro qualquer.

Agora, usando alguns truques matemticos inteligentes, Albert Sneppen, da Universidade de Copenhague, na Dinamarca, finalmente conseguiu provar o porqu desse nmero, criando uma expresso matemtica que permite dirigir as buscas astronmicas.

“H algo fantasticamente belo em entender agora por que as imagens se repetem de maneira to elegante. Alm disso, nosso clculo oferece novas oportunidades para testar nossa compreenso da gravidade e dos buracos negros,” disse Sneppen.

De fato, o “fator 500” decorre diretamente de como os buracos negros e a gravidade funcionam, ento as repeties das imagens agora se tornam uma forma de examinar e testar a gravidade nesses ambientes extremos.

Alm disso, quanto mais vezes a luz tem que contornar o buraco negro, mais o tempo de viagem dela at ns aumenta, de forma que as imagens vo ficando cada vez mais “atrasadas”. Este pode ser um recurso valioso para a astronomia: Imagine, por exemplo, que uma estrela exploda como uma supernova em uma galxia de fundo; agora seria possvel ver essa exploso repetidamente.

A situao vista de frente, ou seja, como realmente a observaramos da Terra. As imagens extras da galxia tornam-se cada vez mais comprimidas e distorcidas quanto mais de perto olhamos para o buraco negro.
[Imagem: Peter Laursen]

Buracos negros giratrios

O mtodo de Sneppen pode ser generalizado para se aplicar no apenas aos “buracos negros matemticos” – descries matemticas muito simplificadas desses corpos celestes misteriosos – mas tambm aos modelos de buracos negros que j incorporam a rotao – e, acredita-se, todos os buracos negros reais giram sobre os prprios eixos.

“Acontece que, quando ele gira muito rpido, voc no precisa mais se aproximar do buraco negro por um fator de 500, mas significativamente menos. Na verdade, cada imagem [adicional da hipottica galxia l do outro lado] est agora a apenas 50, ou 5, ou mesmo chegando a apenas 2 vezes mais perto da borda do buraco negro,” explicou Sneppen.

Ter que olhar 500 vezes mais perto do buraco negro para cada nova imagem significa que as imagens so rapidamente “comprimidas” em uma imagem anular – na prtica, muitas imagens sero difceis de serem observadas, o que um dos fatores que explicam aqueles conjuntos de linhas que formam a imagem cinematgrafica do buraco negro no filme Interestelar e que, se espera, aparecero nas prximas imagens de buracos negros em alta resoluo.

Mas, conforme os buracos negros giram, h mais espao para as imagens extras, ento podemos esperar confirmar a teoria observacionalmente em um futuro no muito distante. Desta forma, ser possvel estudar no apenas os buracos negros, mas tambm as galxias por trs deles, o comportamento da gravidade e o funcionamento das lentes gravitacionais.

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