Prêmio Nobel de Física: o que é a singularidade, o coração dos buracos negros onde todas leis da natureza são quebradas

Embora suas próprias teorias sugerissem a existência de buracos negros, até o próprio Albert Einstein achava que, na prática, eles seriam muito difíceis de se encontrar.

Os buracos negros, centros de extrema gravidade nas profundezas do cosmos, há anos são um dos problemas que mais geram dores de cabeça e incertezas entre os astrônomos.

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Esta terça-feira (06/10), a Real Academia Sueca de Ciências decidiu reconhecer a importância do tema ao agraciar três grandes especialistas no assunto.

O britânico Roger Penrose, o alemão Reinhard Genzel e a americana Andrea Ghez receberão o Prêmio Nobel de Física em dezembro por suas descobertas sobre buracos negros.


O Prêmio Nobel de Física foi concedido a três cientistas que estudaram buracos negros – GETTY IMAGES
“No caso de Genzel e Ghez, suas contribuições foram conseguir demonstrar por meio de observações astronômicas a existência de um buraco negro supermassivo no centro da nossa galáxia”, explica Eduard Larrañaga, físico teórico e professor do Observatório Nacional da Colômbia, à BBC Mundo (serviço em espanhol da BBC).

“No caso de Penrose, embora entendamos que a Academia também o premia pela questão dos buracos negros, sua contribuição para a física vai muito além”, acrescenta.

Segundo o físico colombiano, foram as equações e teorias de Penrose que ajudaram os cientistas, há mais de meio século, a entender que os buracos negros previstos pela teoria da relatividade geral de Einstein eram realmente possíveis.

“Embora a teoria da relatividade geral remonte a 1916, até a década de 1950 o assunto não era muito abordado, pois até o próprio Einstein pensava que buracos negros não seriam possíveis na natureza por causa de suas características estranhas”, lembra.

O físico colombiano conta que, na década de 1950, alguns alunos de Einstein começaram a fazer alguns cálculos para explicar como uma estrela, ao morrer, poderia dar origem a um buraco negro.

“Porém, os cálculos que se faziam naquela época partiam do pressuposto de que a estrela era totalmente esférica, mas isso é uma idealização do problema, porque na realidade as estrelas não são assim”, diz Larrañaga.

“O que Penrose faz é mostrar que mesmo estrelas que não tinham um comportamento totalmente esférico, mas tinham perturbações, poderiam sofrer um processo de colapso que levaria à formação de um buraco negro”, acrescenta.

Assim, diz ele, a teoria de Penrose provou a possibilidade da existência na natureza desses objetos misteriosos.


Da esquerda para direita: Roger Penrose, Reinhard Genzel e Andrea Ghez
Segundo o acadêmico colombiano, Penrose também contribuiu para a física com notáveis desenvolvimentos sobre gravitação e cosmologia, mas sua contribuição para o estudo dos buracos negros não concluiu o debate sobre a origem deles.

O ganhador do Prêmio Nobel considerava que em alguns pontos do universo e, principalmente no centro dos buracos negros, havia certas “singularidades” que, de alguma forma, questionavam todas as leis da física.

Anos depois, seu teorema sobre as singularidades seria aplicado por seu discípulo, Stephen Hawking, para compreender também o momento do Big Bang.

Mas, do que se trata tudo isso?

Singularidade
Segundo Larrañaga, Penrose partiu do entendimento de que existem certos pontos, ou condições do espaço-tempo, onde a física para de funcionar.

Ou seja, onde as leis que acreditamos ser universais não se aplicam.

“Por exemplo, um buraco negro. Você sabe que um buraco negro é um objeto com enorme gravidade. Por que ele tem enorme gravidade? Porque tem muita massa. E acontece que essa massa está concentrada em uma região muito pequena. Toda essa massa chegou a um ponto. Então, nesse ponto a gravidade é infinita, a densidade é infinita e muitas outras quantidades físicas chegam ao infinito”, explica.

Os buracos negros têm uma gravidade tão grande que não deixam nem a luz escapar – GETTY IMAGES
Segundo o cientista, quando isso acontece, esses “infinitos” não podem ser tratados com a matemática normal: “Qualquer equação com infinitos deixa de fazer sentido”, diz ele.

Isso, diz ele, dá origem a essas “singularidades” no espaço-tempo.

“É o ponto do universo em que as equações da física param de funcionar, por algum motivo. Normalmente é porque as quantidades físicas como a massa ou a densidade crescem, vão para o infinito”, diz ele.

É o que acontece, segundo o cientista, no centro dos buracos negros.

Lá “toda a massa é acumulada, então a densidade é infinita. Nesse ponto, as equações da física da relatividade geral não funcionam”, ressalta.

Segundo Larrañaga, a singularidade é então aquele ponto central dos buracos negros onde se concentra toda a massa.

“É o coração, o cerne do buraco negro, onde a densidade é infinita e por isso as equações da física não funcionam, porque onde aparece a densidade tudo cresce. Aí as equações param de funcionar”,

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