Nesta palestra, serão apresentados o conceito, a origem e a evolução da ideia de buraco negro.
Serão discutidos os diversos passos que levaram a ciência a confirmar a existência desses objetos.
O palestrante convidado mostrará porque eles são importantes para a formação de estruturas do universo.
Em 2016, foi anunciado a detecção direta de ondas gravitacionais provocadas por colisão de dois buracos negros: em 2019, foi mostrada a primeira imagem da sombra de um buraco negro super-gigante. Em ambos os casos, a ideia de buraco negro foi confirmada no limite do campo gravitacional forte.
Especula-se, ainda, sobre os próximos avanços científicos relacionados ao estudo desses objetos
Buracos Negros: De Albert Einstein às ondas gravitacionais e além
Em 14 de setembro de 2015, às 06:50:45 (horário de Brasília), os dois detectores do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferometria Laser (sigla LIGO em inglês), observaram, simultaneamente, um sinal de ondas gravitacionais: esse sinal variou em frequência de 35 Hz até 250 Hz, com uma amplitude de deformação máxima de 1.0 x 10^(-21). Ele coincide com a forma de onda prevista pela relatividade geral para uma fusão de um par de buracos negros espiralando um em direção ao outro, seguida do ressoar do buraco negro resultante.
A fusão ocorreu a uma distância de ~ 1.3 bilhões de anos-luz. As massas dos buracos negros iniciais eram de 29 e 36 massas solares e a massa do buraco negro resultante foi de 62 massas solares. A energia irradiada na forma de ondas gravitacionais foi equivalente a 3 massas solares.
Esta observação demonstra a existência de sistemas binários de buracos negros de massas estelares. Esta é a primeira detecção direta de ondas gravitacionais e a primeira observação de uma fusão de uma binária de buracos negros.
Resumidamente, este foi o tema abordado pelo Prof. Dr. Odylio Denys Aguiar, pesquisador da Divisão de Astrofísica – Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), palestrante convidado de mais uma edição do programa “Ciência às 19 Horas”, que ocorreu no dia 24 de maio passado, no Auditório “Prof. Sérgio Mascarenhas” (IFSC/USP).
A comunidade científica já tinha indícios muito fortes de que essas ondas existiam, por observações indiretas realizadas na década de 1970. O Radiotelescópio de Arecibo (Porto Rico) captou os sinais de um Pulsar que estava em órbita com outras estrelas de nêutrons (essas estrelas têm uma massa 40% maior do que a do sol compactada num diâmetro de vinte quilômetros), e através disso se consegue, atualmente, obter informações da órbita desse sistema.
Segundo o palestrante, eles descobriram, com precisão, a variação de período de órbita. A única explicação que podia ocorrer seria a de emissão de ondas gravitacionais. Esse sistema perdia energia por causa das ondas gravitacionais. Não é uma prova direta, porque as ondas não foram detectadas. Foi um efeito na emissão das ondas. Mas, em setembro de 2015, realmente foi feita, de forma confirmada, a primeira detecção de ondas gravitacionais, graças ao desenvolvimento de uma tecnologia fantástica, que teve a precisão como palavra-chave e um investimento estimado em cerca de um bilhão de dólares. Então, foi muita gente brilhante envolvida, entre engenheiros, técnicos, etc., comenta nosso entrevistado.
Há cem anos, Einstein não acreditava que essas ondas pudessem ser detectadas, porque ele não contava com duas coisas: a primeira, o avanço da tecnologia; e, a segunda, o fato de ele não imaginar que no universo existiam coisas, como buracos negros. Então, Einstein fez cálculos em laboratório para saber de que forma é que se poderiam detectar ondas produzidas em laboratório. Com base nas contas que fez, acreditou que as ondas jamais poderiam ser detectadas. Então, a tecnologia, por um lado, avançou tremendamente, enquanto que, por outro lado, a perspectiva de ondas produzidas no universo por eventos cataclísmicos (como os buracos negros detectados que foram da ordem de trinta vezes a massa do sol) não existia.
Embora muitos astrofísicos já tivessem dado os buracos negros como existentes, o certo é que a comprovação de sua existência só ficou comprovada através da detecção de ondas gravitacionais: O que se confirmou foi a existência de buracos negros em pares, orbitando um em torno do outro. Isso a astrofísica ainda não havia confirmado. Agora está confirmado, pontua Odylio Aguiar.
A detecção demorou três décadas de trabalho intenso e de muita persistência dos profissionais do LIGO, um esforço que começou com a proposta de Weber, para detecção de ondas no início da década de 1960. Ele propôs isso na Physical Review Letters, em 1960 (nessa época era Physical Review), conforme explica o nosso entrevistado: Depois disso, alguns grupos de pesquisadores perceberam que poderiam utilizar outra técnica – a de laser. E houve um investimento (da Caltech, por exemplo) pesado nessa técnica. Os que propuseram a técnica de laser estão na ativa até hoje. O Rainer Weiss, por exemplo, propôs a técnica de interferometria a laser, na década de 1960, independente de outras propostas. Então, hoje tem gente brilhante que está nessa área há muito tempo. A detecção, inclusive, foi feita por equipes separadas. Tinham várias equipes nessa colaboração LIGO, que envolveu mais de mil e trezentas pessoas, analisando dados sem contatos umas com as outras. Então, quando chegavam resultados, eles analisavam se batiam certo. O sinal ajudou, porque foi um sinal muito forte. O sinal detectado foi vinte e quatro vezes maior do que o nível de ruído do aparelho. Então, era bem forte. E, por causa disso, ele foi descoberto três minutos depois.
Fala-se que, com a detecção das ondas gravitacionais, é inaugurada uma nova era na área de cosmologia e astrofísica e essa afirmação é corroborada pelo Prof. Odylio: Sim. Esse evento observado não poderia ser analisado em uma onda eletromagnética. Não se confirmou nenhum sinal eletromagnético a essa distância de 1,3 milhões de anos-luz. Isso porque são dois buracos negros que não emitem luz. Então, é um evento silencioso, do ponto de vista ótico/eletromagnético. Mas, ele produziu uma deformação fantástica no espaço-tempo, ao converter uma energia equivalente a três massas do sol, em sua origem. O espaço-tempo, sendo deformado e propagando as ondas gravitacionais, é como se fosse um som que se propaga no vácuo. Mas o espaço-tempo é uma espécie de meio de propagação. Então, de certa forma, você tem aí um som do evento e agora analisaremos o universo, não apenas olhando o que está acontecendo, mas também ouvindo. E isso é uma nova astronomia. É uma astronomia de ondas gravitacionais que vai causar uma revolução enorme no conhecimento que temos sobre o universo. Será algo semelhante à revolução que os telescópios causaram com Galileu, há quatrocentos anos. Quando Galileu apontou para o céu, ele viu luas e fases, tendo concluído que os planetas deveriam orbitar em torno do sol. Então isso causa uma revolução no conhecimento. E todo o desenvolvimento da astronomia veio a partir dos telescópios. Agora, o interferômetro de laser abre outra gama de desenvolvimento para, inclusive, desbravar o conhecimento do universo, de outra forma.
Nosso convidado termina esta entrevista salientando que grande parte das pessoas tem interesse em saber sobre o universo onde vivemos e tudo aquilo que nos rodeia. Então, naturalmente, só isso já justifica toda a curiosidade. Mas, muitas coisas que vão ser descobertas deverão revolucionar as invenções. O conhecimento da física, por exemplo, provavelmente vai ser revolucionado, porque temos questões, como, por exemplo, a energia escura e a matéria escura, que não conseguimos resolver porque nos faltam observações, faltam-nos fatos.
Agora, talvez se consiga obter esses fatos, escutando o universo e entendendo melhor os fenômenos que ocorrem nele.
Em 14 de setembro de 2015, às 06:50:45 (horário de Brasília), os dois detectores do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferometria Laser (sigla LIGO em inglês), observaram, simultaneamente, um sinal de ondas gravitacionais.
O sinal variou em frequência de 35 Hz até 250 Hz, com uma amplitude de deformação máxima de 1.0 x 10^(-21). Ele coincide com a forma de onda prevista pela relatividade geral para uma fusão de um par de buracos negros espiralando um em direção ao outro, seguida do ressoar do buraco negro resultante.
A fusão ocorreu a uma distância de ~ 1.3 bilhões de anos-luz. As massas dos buracos negros iniciais eram de 29 e 36 massas solares e a massa do buraco negro resultante foi de 62 massas solares. A energia irradiada na forma de ondas gravitacionais foi equivalente a 3 massas solares.
Esta observação demonstra a existência de sistemas binários de buracos negros de massas estelares. Esta é a primeira detecção direta de ondas gravitacionais e a primeira observação de uma fusão de uma binária de buracos negros.
Nesta apresentação, o palestrante dará maiores detalhes sobre o processo de detecção e as consequências desta fenomenal conquista da ciência contemporânea.
O palestrante também traçará as perspectivas para o futuro da recém-inaugurada Astronomia de Ondas Gravitacionais.
Resenha
Prof. Dr. Odylio Denys Aguiar
Em 14 de setembro de 2015, às 06:50:45 (horário de Brasília), os dois detectores do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferometria Laser (sigla LIGO em inglês), observaram, simultaneamente, um sinal de ondas gravitacionais: esse sinal variou em frequência de 35 Hz até 250 Hz, com uma amplitude de deformação máxima de 1.0 x 10^(-21). Ele coincide com a forma de onda prevista pela relatividade geral para uma fusão de um par de buracos negros espiralando um em direção ao outro, seguida do ressoar do buraco negro resultante.
A fusão ocorreu a uma distância de ~ 1.3 bilhões de anos-luz. As massas dos buracos negros iniciais eram de 29 e 36 massas solares e a massa do buraco negro resultante foi de 62 massas solares. A energia irradiada na forma de ondas gravitacionais foi equivalente a 3 massas solares.
Esta observação demonstra a existência de sistemas binários de buracos negros de massas estelares. Esta é a primeira detecção direta de ondas gravitacionais e a primeira observação de uma fusão de uma binária de buracos negros.
Resumidamente, este foi o tema abordado pelo Prof. Dr. Odylio Denys Aguiar, pesquisador da Divisão de Astrofísica – Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), palestrante convidado de mais uma edição do programa Ciência às 19 Horas, que ocorreu no dia 24 de maio passado, no Auditório ?Prof. Sérgio Mascarenhas? (IFSC/USP).
A comunidade científica já tinha indícios muito fortes de que essas ondas existiam, por observações indiretas realizadas na década de 1970. O Radiotelescópio de Arecibo (Porto Rico) captou os sinais de um Pulsar que estava em órbita com outras estrelas de nêutrons (essas estrelas têm uma massa 40% maior do que a do sol compactada num diâmetro de vinte quilômetros), e através disso se consegue, atualmente, obter informações da órbita desse sistema.
Segundo o palestrante, eles descobriram, com precisão, a variação de período de órbita. A única explicação que podia ocorrer seria a de emissão de ondas gravitacionais. Esse sistema perdia energia por causa das ondas gravitacionais. Não é uma prova direta, porque as ondas não foram detectadas. Foi um efeito na emissão das ondas. Mas, em setembro de 2015, realmente foi feita, de forma confirmada, a primeira detecção de ondas gravitacionais, graças ao desenvolvimento de uma tecnologia fantástica, que teve a precisão como palavra-chave e um investimento estimado em cerca de um bilhão de dólares. Então, foi muita gente brilhante envolvida, entre engenheiros, técnicos, etc., comenta nosso entrevistado.
Há cem anos, Einstein não acreditava que essas ondas pudessem ser detectadas, porque ele não contava com duas coisas: a primeira, o avanço da tecnologia; e, a segunda, o fato de ele não imaginar que no universo existiam coisas, como buracos negros. Então, Einstein fez cálculos em laboratório para saber de que forma é que se poderiam detectar ondas produzidas em laboratório. Com base nas contas que fez, acreditou que as ondas jamais poderiam ser detectadas. Então, a tecnologia, por um lado, avançou tremendamente, enquanto que, por outro lado, a perspectiva de ondas produzidas no universo por eventos cataclísmicos (como os buracos negros detectados que foram da ordem de trinta vezes a massa do sol) não existia.
Embora muitos astrofísicos já tivessem dado os buracos negros como existentes, o certo é que a comprovação de sua existência só ficou comprovada através da detecção de ondas gravitacionais: O que se confirmou foi a existência de buracos negros em pares, orbitando um em torno do outro. Isso a astrofísica ainda não havia confirmado. Agora está confirmado, pontua Odylio Aguiar.
A detecção demorou três décadas de trabalho intenso e de muita persistência dos profissionais do LIGO, um esforço que começou com a proposta de Weber, para detecção de ondas no início da década de 1960. Ele propôs isso na Physical Review Letters, em 1960 (nessa época era Physical Review), conforme explica o nosso entrevistado: Depois disso, alguns grupos de pesquisadores perceberam que poderiam utilizar outra técnica – a de laser. E houve um investimento (da Caltech, por exemplo) pesado nessa técnica. Os que propuseram a técnica de laser estão na ativa até hoje. O Rainer Weiss, por exemplo, propôs a técnica de interferometria a laser, na década de 1960, independente de outras propostas. Então, hoje tem gente brilhante que está nessa área há muito tempo. A detecção, inclusive, foi feita por equipes separadas. Tinham várias equipes nessa colaboração LIGO, que envolveu mais de mil e trezentas pessoas, analisando dados sem contatos umas com as outras. Então, quando chegavam resultados, eles analisavam se batiam certo. O sinal ajudou, porque foi um sinal muito forte. O sinal detectado foi vinte e quatro vezes maior do que o nível de ruído do aparelho. Então, era bem forte. E, por causa disso, ele foi descoberto três minutos depois.
Fala-se que, com a detecção das ondas gravitacionais, é inaugurada uma nova era na área de cosmologia e astrofísica e essa afirmação é corroborada pelo Prof. Odylio: Sim. Esse evento observado não poderia ser analisado em uma onda eletromagnética. Não se confirmou nenhum sinal eletromagnético a essa distância de 1,3 milhões de anos-luz. Isso porque são dois buracos negros que não emitem luz. Então, é um evento silencioso, do ponto de vista ótico/eletromagnético. Mas, ele produziu uma deformação fantástica no espaço-tempo, ao converter uma energia equivalente a três massas do sol, em sua origem. O espaço-tempo, sendo deformado e propagando as ondas gravitacionais, é como se fosse um som que se propaga no vácuo. Mas o espaço-tempo é uma espécie de meio de propagação. Então, de certa forma, você tem aí um som do evento e agora analisaremos o universo, não apenas olhando o que está acontecendo, mas também ouvindo. E isso é uma nova astronomia. É uma astronomia de ondas gravitacionais que vai causar uma revolução enorme no conhecimento que temos sobre o universo. Será algo semelhante à revolução que os telescópios causaram com Galileu, há quatrocentos anos. Quando Galileu apontou para o céu, ele viu luas e fases, tendo concluído que os planetas deveriam orbitar em torno do sol. Então isso causa uma revolução no conhecimento. E todo o desenvolvimento da astronomia veio a partir dos telescópios. Agora, o interferômetro de laser abre outra gama de desenvolvimento para, inclusive, desbravar o conhecimento do universo, de outra forma.
Nosso convidado termina esta entrevista salientando que grande parte das pessoas tem interesse em saber sobre o universo onde vivemos e tudo aquilo que nos rodeia. Então, naturalmente, só isso já justifica toda a curiosidade. Mas, muitas coisas que vão ser descobertas deverão revolucionar as invenções. O conhecimento da física, por exemplo, provavelmente vai ser revolucionado, porque temos questões, como, por exemplo, a energia escura e a matéria escura, que não conseguimos resolver porque nos faltam observações, faltam-nos fatos.
Agora, talvez se consiga obter esses fatos, escutando o universo e entendendo melhor os fenômenos que ocorrem nele.
Ondas gravitacionais existem: A grande descoberta do observatório LIGO
Poucos objetos no espaço são tão exóticos como os chamados Buracos Negros, regiões onde a atração gravitacional é tão intensa que nem mesmo a luz consegue escapar.
Nossas noções usuais de tempo e espaço são drasticamente distorcidas nas imediações desses objetos, o que lhes confere propriedades verdadeiramente bizarras.
Como se isso não bastasse, esses objetos escondem em seu interior minúsculas regiões onde todas as leis que conhecemos da Natureza deixam de funcionar, e constituem verdadeiros abismos do espaço e tempo.Curiosamente, essas mesmas ínfimas regiões, confinadas no interior dos buracos negros, podem lançar alguma luz no nosso entendimento da origem do universo.
Buracos negros: Abismos do espaço e do tempo
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