Cientistas propõem um método para testar a teoria geral da relatividade de Einstein analisando imagens de alta resolução das sombras de buracos negros. Suas novas simulações sugerem que avanços futuros em telescópios poderiam revelar se teorias alternativas de gravidade são verdadeiras. O trabalho, liderado por pesquisadores da Universidade Goethe de Frankfurt e do Instituto Tsung-Dao Lee, aparece na Nature Astronomy.
Buracos negros, descritos como glutões cósmicos que consomem tudo, incluindo a luz, foram fotografados pela colaboração do Event Horizon Telescope (EHT), capturando buracos negros supermassivos na galáxia M87 e na Via Láctea. Essas imagens não mostram os buracos negros em si, mas a matéria quente em sua vizinhança. "O que você vê nessas imagens não é o buraco negro em si, mas sim a matéria quente em sua vizinhança imediata," explica o Prof. Luciano Rezzolla da Universidade Goethe de Frankfurt, cuja equipe contribuiu para a descoberta. À medida que a matéria gira fora do horizonte de eventos antes de ser puxada para dentro, ela emite sinais de luz detectáveis.
A teoria geral da relatividade de Einstein, fundamental há mais de um século, prevê buracos negros e seus horizontes de eventos, além dos quais nada escapa. No entanto, outras teorias hipotéticas também preveem buracos negros, mas podem exigir propriedades específicas de matéria ou violar leis físicas conhecidas. "No entanto, há também outras teorias, ainda hipotéticas, que igualmente preveem a existência de buracos negros," observa Rezzolla.
Em um estudo publicado na Nature Astronomy, Rezzolla e colegas do Instituto Tsung-Dao Lee em Xangai delineiam uma estrutura para testar essas alternativas usando imagens das sombras de buracos negros. Isso requer imagens de alta resolução para medir os raios das sombras com precisão e modelos teóricos de desvios das previsões de Einstein. A equipe usou simulações tridimensionais para modelar matéria e campos magnéticos ao redor de buracos negros, gerando imagens sintéticas de plasma brilhante.
"A questão central era: Quão significativamente as imagens de buracos negros diferem entre várias teorias?" diz o autor principal Akhil Uniyal do Instituto Tsung-Dao Lee. Eles identificaram padrões que imagens mais nítidas futuras poderiam distinguir, embora a resolução atual do EHT seja insuficiente. Uma descrição universal de buracos negros foi desenvolvida para abranger vários frameworks.
Até agora, as observações se alinham com a teoria de Einstein, descartando singularidades nuas e buracos de minhoca nos buracos negros de M87 e da Via Láctea. "Uma das contribuições mais importantes da colaboração EHT para a astrofísica é transformar buracos negros em objetos testáveis," enfatiza Rezzolla. "Mesmo a teoria estabelecida deve ser testada continuamente, especialmente com objetos extremos como buracos negros."
O EHT, que combina telescópios de rádio globais para atuar como um instrumento do tamanho da Terra, planeja expansões incluindo um telescópio espacial para melhor resolução—potencialmente abaixo de um milionésimo de arco-segundo—para permitir testes definitivos.