Buraco negro e a glória de Deus

God’s creation is good, but it is not always safe (Job 38-39). Think of the stark beauty of Death Valley or Mt. Everest. God is also glorified by places of power and danger, like this black hole.

Fonte: BioLogos

“A criação de Deus é boa, mas não é sempre segura (Jó 38 e 39). Pense nos belíssimos Vale da Morte ou Monte Everest. Deus também é glorificado em lugares poderosos e perigosos, como este buraco negro” (tradução livre). É assim que a grande cientista e cristã, Deborah Haasma, se refere a foto do primeiro buraco negro ao mencionar suas 6 imagens astronômicas em 2019. Além dessa estonteante abertura pela física, musicista e presidente do BioLogos, tenho uma outra motivação para o texto de hoje ser dedicado ao astro mais emblemático do universo: no dia 02 de setembro de 2020 foi anunciado a descoberta da formação de um buraco negro de massa intermediária. Simplesmente uma das maiores descobertas dos últimos anos.

No texto sobre chuva de meteoros mencionei sobre a massa do Sol, que é de 1,99×1030 kg. Para comparar a massa de estrelas e galáxias, o nosso padrão é a massa solar, que é esse número gigantesco. Isso porque os números em astronomia são muito grandes para serem escritos e a gente monta outros padrões para facilitar. Exemplificando: o buraco negro da nossa galáxia, Sagitário A* (Sgt A*), tem uma massa de 4 milhões de massas solares, ou seja, a massa dele equivale a massa de 4 milhões de sóis sendo que, cada Sol, tem 1,99×1030 kg. Se quiser saber a massa do Sgt A* em kg é só multiplicar esses 2 números (4.000.000 e 1.990.000.000.000.000.000.000.000.000.000). Acho mais fácil dizer 4 milhões de massas solares, não?

Imagem do Sol em 14 de setembro de 1999 na frequência de ultravioleta extremo.
Fonte: https://www.jpl.nasa.gov/spaceimages/details.php?id=PIA03149

Um outro texto que você precisa ter em mente é o que falei sobre as distâncias. Simplificando, 1 al (ano-luz) é a distância de 9,5 trilhões de km. Exemplo: a distância daqui a galáxia de Andrômeda, galáxia mais perto de nós, é de 2,5 milhões de al. Em km, basta multiplicar 9,5 trilhões (9.500.000.000.000) por 2,5 milhões (2.500.000). Acho que você também concordará que é bem mais fácil dizer 2,5 milhões de al.

Galáxia Sombrero a 28 milhões de anos-luz de distância.
Fonte: https://www.jpl.nasa.gov/spaceimages/details.php?id=PIA03149

Um último detalhe para melhor entendimento do buraco negro é o conceito de velocidade de escape. Sem citar equação, velocidade de escape é a velocidade mínima que é necessária ser atingida para se escapar de um astro (estrela, planeta ou buraco negro). Na Wikipédia até que tem um texto correto na parte das contas. Apenas como exemplo, veja que a velocidade de escape da Terra é de 11,2 km/s, ou seja, é a velocidade mínima para se escapar do campo gravitacional da Terra e ir para o espaço. Compare com o Sol que é de 617,5 km/s. Um último detalhe é que a velocidade máxima que é possível atingir é a velocidade da luz, que é de 300 mil km/s, ou seja, nada no universo é capaz de andar acima da velocidade da luz. Luz é qualquer coisa formada por fótons, incluindo as radiações.

Com tudo isso em mente (massas, distâncias e velocidades) vamos ao buraco negro. A história deles, como são formados, como foram descobertos e sua composição são assuntos para outro texto. Aqui quero apenas fazer um breve panorama de sua definição e as classificações, pois é neste último detalhe que está a descoberta do início de setembro de 2020. Uma definição muito simples é que buraco negro é o objeto mais denso do universo e com gravidade tão forte que nem a luz é capaz de sair dele. Em outras palavras, o buraco negro não emite luz ou radiação. Ou seja, é impossível ver um buraco negro diretamente, apenas seus efeitos ao redor. O motivo é que a sua velocidade de escape, ou seja, a velocidade necessária para sair da sua superfície e ir para o espaço é maior do que a velocidade da luz. Como nada é maior do que a velocidade da luz, nem mesmo outras radiações eletromagnéticas, ele é completamente escuro e invisível a qualquer medida ou observação.

Imagem da região onde está o buraco negro da nossa galáxia, Sagitário A*, em infravermelho. Ele está a 27 mil anos-luz de distância e tem 4 milhões de massas solares.
Fonte: https://apod.nasa.gov/apod/ap121102.html

Há diversos outros detalhes relacionados ao buraco negro, como disco de acreção (que é um halo gigantesco de matéria em temperaturas da ordem de 100 milhões de graus Celsius) que alguns podem ter, rotação, spin etc, mas que serão apresentados em outro texto. Neste, o necessário é saber a definição acima e que há uma classificação com relação a massa: buracos negros estelares (com dezenas de massas solares), supermassivos (com milhares e bilhões de massas solares) e os de massa intermediária (com algumas centenas de massas solares).

Dois buracos negros supermassivos em uma dança travada por força gravitacional e emitindo muita radiação (azul, representando o raio X e rosa, ondas de rádio) na galáxia 3C 75.
Fonte: https://apod.nasa.gov/apod/ap171022.html

Já detectamos os buracos negros desde a década de 1970. Aliás, uma palavrinha antes sobre detecção desses monstros é necessária: não há detecção direta a buraco negro pois ele não emite radiação eletromagnética. A forma como detectamos, panoramicamente, é ver o movimento de estrelas ao redor de um ponto ou região escura (sem emissão de radiação), aplicamos as leis de Kepler, utilizamos as leis de Newton (as mesmas que estudamos na escola; ainda escreverei um resumo sobre elas) e a lei de gravitação universal newtoniana e determinamos a massa do objeto responsável por tal dinâmica nesse tipo de sistema. Quando temos o valor da massa desse objeto e vemos que não há nada sendo emitido na região, a conclusão é que há um buraco negro com tantas massas solares. Uma outra forma de observação é as emissões de radiação em rádio, raios X, raios gama e outras frequências vindas de uma galáxia ou de alguma região estelar. Com muitos estudos conclui-se que tal emissão é de buraco negro.

Galáxia M87 em 3 imagens e a inferior é a foto do buraco negro central, que é a parte preta (a parte clara é do disco de acreção).
Fonte: https://apod.nasa.gov/apod/ap190427.html

Agora, a grande descoberta. No dia 02 de setembro de 2020 o LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), que tem 2 observatórios nos EUA, e o VIRGO (outro observatório na Itália) anunciaram a descoberta de uma fusão de 2 buracos negros de massa estelar (85 e 66 massas solares cada). Este evento produziu um buraco negro de massa intermediária de 142 massas solares. Mas, se você somar 85 e 66 massas solares dá 151 massas solares. O que aconteceu com a diferença de mais de 8 massas solares (os valores são sempre aproximados)? Foram “transformados” em energia gravitacional e se propagaram em ondas gravitacionais. Observe que é o equivalente a 8 sóis que foram “desmanchados” em ondas gravitacionais e que viajaram por quase toda a história do universo (que é de 13,82 bilhões de anos).

Sinal da onda gravitacional vinda da fusão dos buracos negros de 85 e 66 massas solares e produzindo um de 142 massas solares. A diferença é em energia gravitacional que foi detectada pelo LIGO em Hanford (EUA), Livingston (EUA) e pelo VIRGO (Itália).
Fonte: https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.125.101102

O ponto fundamental desta descoberta descrita acima é que, até o momento, este é o primeiro buraco negro de massa intermediária observado. Já temos um bom histórico de buracos negros de massa estelar (LIGO e VIRGO tem detectado ondas gravitacionais vindas desse tipo de objeto desde 2015, fora outras formas de observações) e, até onde conhecemos, todas as galáxias têm buraco negro central com milhões a bilhões de massas solares. Por exemplo, a primeira foto de um buraco negro, que está na capa, é de um objeto que fica no centro da galáxia M87 e tem cerca de 6,5 bilhões de massas solares.

Galáxia M87 e um jato gigantesco (de 5 mil anos luz de tamanho) de partículas, principalmente elétrons, viajando quase a velocidade da luz (300 mil km/s).
Fonte: https://apod.nasa.gov/apod/ap110828.html

No final do texto deixarei vários links que você poderá ler mais sobre a descoberta, dar uma olhada nos artigos publicados e saber mais sobre a foto do buraco negro (como é possível fotografar algo que não emite luz?). Em colunas futuras expandirei um pouco mais sobre esse bicho tão formidável no zoológico cósmico.

Infográfico mostrando várias detecções de ondas gravitacionais pelo LIGO e VIRGO: fusões de buracos negros e estrelas de nêutrons. Vários objetos resultantes são estrelas de nêutrons e buracos negros.
              Fonte: https://www.ligo.org/science/Publication-GW190521/index.php

Para finalizar, onde entra a teologia em tudo isso? Indo no mesmo caminho da grande Deb Haasma, onde tirei a citação acima: Deus criou a natureza de forma completa, sem pecado, utilizando leis que Ele mesmo criou antes. Isso implica que ela é completa em si, incluindo os “perigos” que pode indicar a saúde humana. Obviamente, qualquer radiação com alta frequência (raios gama, raios X etc) é altamente prejudicial ao ser humano e é altamente recomendado que você fique o mais longe possível de qualquer buraco negro (ainda bem que estão todos bem longe da gente). Mas, radiação de alta frequência existe, buracos negros estão se fundindo e provocando os maiores estrondos gravitacionais do universo, explosões rápidas de raios gama estão sendo emitidas de várias partes do universo e fusões de galáxias estão acontecendo a todo momento, com destruição e criação de planetas que nem ao menos sabemos de suas existências. Mas, nada disso está fora do controle, da criação e da manutenção das mãos do Criador e do Sustentador do universo.

Nós, como meras criaturas, salvas e redimidas no sangue de Cristo, o Deus encarnado no nosso universo, devemos apenas adorá-Lo e dar graças por Sua bondade sem fim. Apenas isso.

Louvai ao SENHOR, porque ele é bom; porque a sua benignidade dura para sempre.

Sl 136:1

Só isso?! Sim! Mas, ficou em dúvida, quer perguntar algo, deixar algum comentário ou sugerir algum tema, deixe abaixo! Ficarei feliz em te responder, seja nos comentários ou em algum artigo específico.

Sugestão de leitura

  • Há uma página dedicada exclusivamente a descoberta da onda gravitacional GW190521 (apenas o nome do evento) que veio da fusão dos 2 buracos negros e gerou o buraco negro de massa intermediária. Neste site tem diversas informações, como press release (informação que é vinculada a mídia jornalística), artigos científicos publicados (técnicos) e dados da detecção (são todos públicos e podem ser baixados e estudados por qualquer pessoa em qualquer local de forma livre). E é do próprio LIGO: https://www.ligo.org/news/index.php#GW190521;
  • O site do BioLogos é uma espécie de ABC2 (Associação Brasileira de Cristãos na Ciência), da qual faço parte, americana. Nele, além de diversos trabalhos e pesquisas, é recheado de artigos e mídias que fazem relação entre ciência e fé cristã em todas as áreas científicas e teológicas (em inglês): https://biologos.org/;
  • Livro Astronomia e astrofísica, por S. O. Kepler e Maria de Fátima Saraiva. Este livro é disponibilizado no próprio site dos autores, que são professores da UFRGS. É um excelente material de consulta: http://astro.if.ufrgs.br/livro.pdf.
Dr. Alexandre Fernandes

Até a próxima!

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