Como se desacredita, num ápice, a rocambolesca teoria da conspiração de que a humanidade nunca alcançou a superfície da Lua a 20 de julho de 1969? Fácil. Basta apontar um laser para o refletor quadrangular de 46 centímetros que os astronautas Neil Armstrong e Buzz Aldrin, da missão Apollo 11 da NASA, deixaram no nosso satélite natural, pouco antes de voltarem a entrar no módulo espacial que os deixou da região lunar de Mare Tranquillitatis, na face visível da Lua.
Basicamente, cerca de dez dias após o refletor aí ter sido colocado foi enviado a partir da Terra um feixe de laser pulsado – um feixe que não é contínuo, ou seja, constituído por pulsos energéticos de determinada duração que se vão repetindo no tempo – que atravessou a vasta distância que separa o nosso planeta da Lua. Com uma precisão cirúrgica, esse feixe laser atingiu o refletor LRRR (do inglês Laser Ranging Retro-Reflector) da Apollo 11 e regressou de novo ao observatório de onde antes tinha sido emitido.
Entre 1969 e 1973, americanos e soviéticos colocaram na Lua um total de cinco retrorrefletores (o termo correto para um dispositivo que reflete a luz de volta à sua origem). Todos eles, sendo que dois são Made in URSS e os restantes pertencem à NASA, ainda estão operacionais e, até ao momento, são os únicos do género que existem na superfície lunar. O maior de todos é o LRRR da missão Apollo 15, aí instalado pelos EUA em 1971 e com 105 centímetros de comprimento e outros 65 de largura.
É graças a estes dispositivos que descobrimos que a Lua está a 385 mil quilómetros da Terra e, mais extraordinário ainda, que este satélite natural está a afastar-se do nosso planeta a uma média anual de 3,8 centímetros – devido à força de maré causada pelos oceanos terrestres. Além do mais, também ajudaram a reforçar a teoria de Albert Einstein sobre a força da gravidade, mais conhecida como Teoria da Relatividade, provando que as suas equações (com mais de cem anos) sobre como opera uma das quatro forças fundamentais da Natureza continuam inabalavelmente corretas.
Mais recentemente, o físico teórico Avi Loeb, da Universidade de Harvard, propôs que se usassem os LRRR para uma missão ainda mais audaz: detetar a “radiação gravitacional”, existente entre a Terra e a Luz, que foi produzida pela “fusão de buracos negros maciços” no centro da nossa galáxia, a Via Láctea, descreve para o jornal online The Debrief.
Qual o objetivo? Provar a sua tese de que a Lua se afasta “uma fração de milímetro da Terra” e de forma “permanente” de cada vez que dois buracos negros de grande massa se fundem no núcleo galáctico”, por culpa das poderosas ondas gravitacionais que são emitidas e propagadas ao longo do espaço sempre que ocorre um destes fenómenos.
O cientista Avi Loeb afirma que é difícil verificar quando é que dois buracos negros maciços se fundem no centro da Via Láctea, mas segundo os seus cálculos as ondas gravitacionais geradas por esta junção são capazes de afastar a Lua da Terra por uma fração de milímetro. O que podemos fazer para detetar o quanto antes estas ondas e os seus efeitos no planeta e na sua lua?
A primeira ‘imagem’ do buraco negro supermaciço que existe no centro da Via Láctea, conhecido por Sagitário A*, foi divulgada na passada semana (a 12 de março) pela equipa internacional de investigadores que integra a Colaboração Event Horizon Telescope. Um autêntico feito científico, portanto.
Em 2020, o Nobel da Física já tinha sido entregue a três cientistas que confirmaram a existência deste enorme objeto.
Atualmente, sabemos que Sagitário A* encontra-se a 27 mil anos-luz da Terra e que possui uma massa quatro milhões de vezes superior à do Sol. Como foi que este buraco negro cresceu tanto desde os primórdios da nossa galáxia? Engolindo com a sua poderosa força de atração gravitacional estrelas e nuvens de gás ou poeira, ao mesmo tempo que se fundiu com buracos negros mais pequenos que se cruzavam no seu caminho. A força gravitacional de um buraco negro é tão forte que nem a luz consegue escapar dela, daí que este objeto não seja capaz de emitir radiação luminosa – o que vemos na recente imagem de Sagitário A*, por exemplo, é somente o turbilhão de matéria que gira em seu redor, uma estrutura anelar que devido à velocidade a que rodopia se torna extremamente quente e brilhante.
Face a estes fenómenos de ‘canibalismo’ e fusão, Avi Loeb questiona de que modo este crescimento, que se desenrolou ao longo de milhares de milhões de anos – a Via Láctea é uma galáxia espiral que se formou há cerca de 14 mil milhões de anos –, afetou a região do espaço que está mais próxima da Terra, e dentro da qual se encontra a Lua. Já agora, relembremos que o nosso planeta tem uma idade estimada de 4,54 mil milhões de anos, com a Lua a formar-se (esta é a teoria prevalecente) quando um protoplaneta colidiu com a Terra há 4,51 mil milhões de anos.
Segundo o físico teórico da Universidade de Harvard, nos dias de hoje tornou-se mais difícil descortinar de que modo o que sucede no núcleo da Via Láctea influi no sistema constituído pela Terra e a sua lua. “Um simples cálculo mostra que durante os mais vigorosos episódios de acreção de gás, o fluxo de raios X emitido a partir de Sagitário A* [quanto mais matéria é tragada por um buraco negro, mais raios X emite] teria atingido o nível de iluminação por raios X que a Terra [atualmente] recebe do Sol”. Mas isto era antigamente, pois “nos últimos dois séculos”, escreve para o The Debrief, o buraco negro supermaciço que reside no núcleo galáctico “tem estado relativamente adormecido” e a emitir uma quantidade de raios X que equivalem a um milionésimo do máximo que poderia radiar.
Além do mais, “dada a sua fraqueza em emitir luz”, quer dizer, face à dificuldade em observar, a partir da Terra, a radiação luminosa emitida a partir do disco de acreção que se forma em redor deste gigante, “será que notaríamos se [outros] dois buracos negros invisíveis se fundissem no centro galáctico?”
Para dar resposta a estas dúvidas, Avi Loeb publicou no final de abril um artigo científico onde apresenta diversos cálculos e avança com algumas conclusões. Uma delas é que a que a fusão de dois buracos negros maciços no centro da Via Láctea é capaz de afastar a Lua da Terra por uma fração de milímetro. “A fusão radia uma enorme quantidade de energia, equivalente a um décimo das milhões de massas solares” envolvidas neste tipo de fenómenos, “um pulso de ondas gravitacionais que dura menos do que alguns segundos”, mas que é capaz de atravessar a região entre a Terra e a Lua durante mais de um segundo.
Expliquemos melhor. As ondas gravitacionais provocadas pela fusão de buracos negros – cuja deteção, anunciada em 2016, valeu a um trio de investigadores o Nobel da Física de 2017 – agem tal e qual como se fossem ondas a propagar-se por um lago de água, levando ao afastamento dos dois objetos astronómicos, pois “durante a passagem do pulso a força de atração [gravitacional] da Terra sob a Lua enfraqueceria", levando a um “deslocamento permanente” do nosso satélite natural.
Mais especificamente, e de acordo com os cálculos realizados, o espaço-tempo local, situado entre os dois corpos, ficaria com uma espécie de “cicatriz” provocada pela passagem das ondas gravitacionais, um fenómeno que, tal como refere Loeb, já na década de 1970 tinha sido apontado como possível e que, posteriormente, ficou conhecido como «efeito de memória».
“O efeito de memória da radiação gravitacional [a referida cicatriz no espaço-tempo] é subtil, fazendo com que a Lua se afaste da Terra por apenas uma fração de milímetro. Apesar de pequeno, este deslocamento permanente é detetável pelo sistema dos LRRR que monitoriza a separação” dos dois corpos.
Em giza de conclusão final, o físico teórico defende que se dê nova vida aos retrorrefletores LRR que existem na superfície lunar, usando-os para detetar e estudar a radiação gravitacional produzida pela fusão de buracos negros maciços no centro da galáxia. Assim, não só se perceberia melhor como opera uma das grandes forças da natureza, a gravidade, como se registaria os importantes efeitos na Terra e na Lua do que sucede a 27 mil anos-luz de distância de nós, precisamente no centro da Via Láctea.
O artigo de Avie Loeb, que ainda não foi publicado em nenhuma revista científica ou submetida a uma revisão pelos pares (por outros cientistas), está disponível no repositório ArXiv, para quem o quiser consultar e comentar.
Não obstante, é preciso frisar que estamos a falar de um dos cientistas mais reputados do mundo, presidente do departamento de astronomia da Universidade de Harvard entre 2011 e 2020, eleito pela revista Time, em 2012, como uma das 25 pessoas mais influentes na investigação espacial, e antigo membro do Conselho Consultivo do Presidente dos EUA para a Ciência e Tecnologia. É de esperar, portanto, que os cálculos, conclusões e propostas, apresentados neste artigo, tenham impacto e sejam escrutinados e criticadas no seio da comunidade científica nos próximos tempos, especialmente quando for publicada numa revista especializada – como está previsto.
Existe a teoria de que buracos negros de diferentes tamanhos surgiram logo após o Big Bang, há 13,8 milhões de anos, de uma forma nada habitual. Mesmo que tenham existido, o famoso físico teórico Stephen Hawking afirmou que nenhum desses objetos astronómicos poderia ter sobrevivido até aos dias de hoje, mas há quem acredite que eles ainda andam por aí e são muito importantes para o Universo.
E que tal ir mais longe e transformar toda a superfície lunar num gigantesco detetor de buracos negros exóticos? Mais precisamente, a ideia passa por procurar no nosso satélite natural as crateras de impacto provocadas por hipotéticos miniburacos negros que nasceram nos primórdios do Universo: estamos a falar de buracos negros incrivelmente diminutos, do tamanho de um átomo, mas dotados de uma grande massa – um buraco negro do tamanho de uma bola de golfe, por exemplo, tem a mesma massa que a Terra.
Mas isto é apenas a ponta do icebergue. Se os vestígios destes miniburacos negros alguma vez chegarem a ser encontrados na Lua, provando a sua existência, tal significaria que a misteriosa e ilusiva matéria escura (a qual representa cerca de 85% de toda a matéria que existe no Universo) pode ser composta, precisamente, por esses liliputianos buracos negros.
Surpreendente e revolucionário, sem dúvida, mas esta é precisamente a teoria avançada pelos físicos teóricos Almog Yalinewich, do Instituto Canadiano de Astrofísica Teórica, e Matt Caplan, da Universidade Estatal de Illinois (nos Estados Unidos da América), num artigo científico que publicaram em meados de 2021 no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Para que se perceba melhor a história que aqui se está a contar, façamos uma viagem no tempo, até às primeiras frações de segundo do Universo, logo após o Big Bang (há 13,8 mil milhões de anos). A crer nas equações propostas por Bernard Carr e Stephen Hawking na década de 1970, foi neste momento específico do Universo – quando ele mais não era do que uma ´sopa´ extremamente densa, energética e heterogénea – que surgiram pequenas flutuações na sua densidade, com regiões mais densas do que outras. Mais tarde, estas diferenças de densidade levaram a que surgissem no Universo primevo buracos negros de diferentes tamanhos: tanto podiam ser pequenos, inclusive do tamanho de um átomo, como enormes e com uma massa milhares de vezes superior ao do atual Sol.
Acima de tudo, isto significava que os buracos negros não eram apenas o fruto da morte e colapso gravitacional de uma estrela, e que houve uma época em que puderam simplesmente brotar a partir de regiões onde a matéria era imensamente densa.
No entanto, e de acordo com o modelo deste duo de investigadores britânicos (Hawking, falecido em 2018, acabou por se tornar num dos astrofísicos mais célebres dos últimos 50 anos), os buracos negros nascidos nesse período inicial não poderiam ter sobrevivido até aos dias de hoje, pois à medida que iam emitindo radiação térmica eles também foram perdendo massa, ao ponto de se evaporarem e desaparecerem por completo.
Em abono da verdade, até ao momento não surgiram provas concretas de que os buracos negros primordiais, tanto os gigantescos como os de tamanho microscópico, alguma vez existiram. E é por isso que os modelos mais consensuais, os que são comummente usados pela comunidade científica e que tentam explicar o nascimento e desenvolvimento do Universo, nem sequer fazem menção a esses hipotéticos fenómenos.
Não obstante, o facto de ainda não terem surgido provas que corroborem a sua existência não é sinónimo de que não existam, daí a proposta feita por Almog Yalinewich e Matt Caplan em relação à Lua e ao estudo das suas crateras. Basicamente, a proposta feita por estes dois investigadores foge ao convencional.
A astrofísica Sarah Shandera, da Universidade Estatal da Pennsylvania (EUA), e que não fez parte do estudo publicado em 2021, é lapidar quando diz, em declarações à revista online CNET, que a ideia dos dois investigadores “não parece encaixar-se facilmente na estrutura que temos”, embora faça a ressalva de que o problema pode estar nos atuais modelos utilizados: “talvez tenhamos a estrutura errada”, diz.
Também é preciso ter em conta, adianta Shandera, que a quase generalidade dos investigadores ainda não se dedica a estudar estas pequeníssimas flutuações iniciais do Universo – as mesmas que são necessárias para criar buracos negros primordiais e microscópicos. Em vez disso, preferem analisar perturbações e buracos negros que ocorrem a grande escala, porque existem muitas mais pesquisas a sustentar o que tem grandes dimensões.
A possível descoberta na Lua de crateras formados por miniburacos negros que nasceram logo após o início do Universo poderá significar que a misteriosa e ilusiva matéria escura, sobre a qual nada se sabe, mas que compõe 85% de toda a matéria, pode ser composta por esses mesmos buracos negros. A ideia não é descabida e há cada vez mais cientistas a chegar à mesma conclusão.
O que leva Yalinewich e Caplan, assim como muitos outros cientistas, a insistir na busca de vestígios que provem a existência de miniburacos negros primordiais? Um dos motivos é que eles são bons candidatos para explicar um dos maiores mistérios do Universos: de que é composta a matéria escura do Universo?
Desde 2016, quando se anunciou a deteção das primeiras ondas gravitacionais geradas pela fusão de buracos negros, foram sendo descobertos cada vez mais buracos negros através deste método, muitos deles com dezenas, centenas e milhares de massas solares. Estas inesperadas descobertas levaram os astrofísicos a concluir que existem muitos mais destes objetos astronómicos do que se julgava. Este raciocínio, por sua vez, deu novo alento à sugestão de Bernard Carr e Stephen Hawking de que os buracos negros também podem ter nascido da matéria quente e densa do Big Bang, levando uma nova geração de investigadores a especular que esses buracos negros primordiais ainda podem existir no Universo e que – surpresa – são eles que constituem a matéria escura.
Em 2020, e conforme apurou a revista de ciência Quanta Magazine, a quantidade de investigadores e de estudos publicados a defenderem esta teoria (ou diferentes variações dela) tem vindo a crescer, apesar de ainda representarem uma minoria, pois a visão consensual é que não existem buracos negros primordiais escondidos nas galáxias e que a matéria escura pode ser explicada através da futura descoberta de uma qualquer partícula elementar (ou outro tipo de matéria) ainda desconhecida.
Contudo, os modelos atuais que são usados para explicar o funcionamento do Universo são incapazes de dar uma resposta minimamente satisfatória sobre o que realmente é a matéria escura.
“Uma descrição mais exata seria a de matéria transparente”, comenta Almog Yalinewich em entrevista à CNET. A matéria escura “não interage com a luz, não reflete luz e não produz luz”. Basicamente, não a conseguimos ver ou detetar diretamente, consistindo em massa (matéria) que se esconde dentro das galáxias, apenas revelando a sua presença pela atração gravitacional que exerce sobre a restante matéria do Universo.
“Olhamos para os movimentos de estrelas, galáxias ou de aglomerados de galáxias, e somos capazes de inferir sobre a quantidade de massa que aí existe, que está a emitir luz visível ou outro tipo de radiação eletromagnética”, frisa Sarah Shandera. A questão é que toda esta matéria “não é suficiente para explicar o movimento destes objetos – parece que existe neles muita mais matéria”.
Foi precisamente a esta conclusão a que chegou o astrónomo suíço Fritz Zwicky na década de 1930, o primeiro a propor que existia matéria escura – diz-se que é «escura» porque nada se sabe sobre ela – dentro das galáxias, no espaço existente entre as estrelas, operando como uma espécie de cola que mantém tudo junto enquanto as galáxias rodopiam em torno de si. Por exemplo, a Via Láctea, que é uma galáxia espiral com vários braços (sendo que o Sistema Solar fica num deles), se apenas contasse com a matéria que é visível acabaria por se desmembrar por causa da força centrífuga gerada pelo seu veloz movimento de rotação. Todavia, não é isso o que sucede. Há mais matéria, intuiu Zwicky, que o impede.
A existência da invisível matéria escura apenas se confirmou nas décadas de 1960 e 1970, após várias observações por telescópio conduzidas pela norte-americana Vera Rubin. As provas observacionais que recolheu mostraram que os movimentos das estrelas em redor dos centros galácticos não seguem as leis da física, a menos que se inclua nas contas uma enorme quantidade de massa que está escondida.
Após décadas de avançadas observações, sabe-se que o Universo é composto por 68% de energia escura (outro grande mistério), uma energia de repulsão responsável pela aceleração da sua expansão. Em seguida, perfazendo 27% do total do Universo, temos a dita matéria escura, cuja força de atração gravitacional coloca algum travão à força de repulsão da energia escura. No fim, o que sobra é 5% de matéria visível, a chamada «matéria bariónica» e que é formada, principalmente, por protões, neutrões e eletrões: é ela que dá substância e forma a tudo aquilo que vemos à nossa volta, do corpo que temos aos prédios das nossas cidades, passando pelos planetas, estrelas, nuvens de gás e poeira e outros objetos astronómicos que podemos detetar.
E assim regressamos às ideias propostas por Yalinewich e Caplan, pois uma das características dos hipotéticos buracos negros primordiais, sejam eles grandes ou pequenos como um átomo, é que não são bariónicos, por terem tido origem numa altura em que o Universo era muito diferente e bastante exótico. Daí que se especule que eles possam ser a ‘argamassa’ que dá forma à matéria escura.
Ainda este ano, em fevereiro, um estudo publicado no The Astrophysical Journal, assinado por pesquisadores da Universidade de Yale, da Universidade de Miami (ambas nos EUA) e da Agência Espacial Europeia, reiterou essa mesma conclusão.
A preferência de Yalinewich e Caplan por buracos negros primordiais do tamanho de um átomo (ou seja, bem pequenos) deve-se a cálculos que foram feitos por alguns investigadores, os quais indicam que buracos negros deste tamanho e que tiveram origem no Big Bang tiveram hipóteses de sobreviver até aos dias de hoje, contrariando a matemática de Stephen Hawking e do seu colega que diz o contrário.
Calculou-se que buracos negros do tamanho de um átomo podem ser capazes de perfurar a Lua de uma ponta a outra, como se fossem uma bala, a uma velocidade de 200 quilómetros por segundo. As marcas de impacto por eles formados são muito diferentes das dos asteroides, assim como a matéria fundida que se deposita à volta. Para encontrar estes vestígios deverá ser preciso enviar humanos à Lua, algo que não sucede desde 1972.
Antes de tudo, como propõem os dois autores do estudo descobrir que crateras lunares foram, ou não, criadas por miniburacos negros, para assim provar que estes objetos existem?
A crer nas simulações computacionais que fizeram, os impactos de um asteroide e de um miniburaco negro criam crateras, na superfície lunar, que são perfeitamente distinguíveis.
Quando se trata de um asteroide, estamos a falar de um objeto que tem quase a mesma densidade que a Lua, pelo que ao chocar com o satélite natural transferiria toda a sua energia logo no momento de impacto, explicam. Além disso, após o embate de um meteorito o normal é que a matéria ejetada se deposite em forma de anel em redor da depressão, criando as características bordas elevadas que existem em redor das crateras lunares, dando-lhes o aspeto de um vale.
Já no caso de um buraco negro do tamanho de um átomo, por exemplo, os cálculos feitos mostraram que perfuraria a superfície lunar como se fosse uma bala, dissipando a sua energia numa longa trajetória que se adensa pelo interior da Lua. E nada travaria este buraco negro, pelo que também seria criado um buraco de saída, do outro lado da Lua. Caplan salienta, à revista New Scientist, que estes buracos negros atingiriam o satélite à incrível velocidade de “200 quilómetros por segundo”, pelo que seria como “se uma bala perfurasse algodão doce”. Por sua vez, e segundo a NASA, os meteoritos mais lentos que ‘atacam’ a sua superfície alcançam os 20 quilómetros por segundo, com os mais rápidos a chegarem aos 72 quilómetros por segundo.
Face a esta enorme diferença, isto significa que, tal como indica Caplan à revista CNET, no caso de um miniburaco negro “seria como perfurar um poço [estreito], enchê-lo com uma coluna de dinamite e fazê-la deflagrar”. O resultado final continuaria a ser uma cratera redonda com, pelo menos, um metro de diâmetro, mas, neste caso, a borda que se forma à sua volta é bem mais ingreme e alta.
É precisamente os mantos de matéria ingreme e elevada, em torno de crateras, que o par de cientistas quer que se procure e analise ao pormenor. Todavia, e porque a Lua está cravada de diferentes crateras – uma pesquisa divulgada em 2020 conseguiu identificar 110 mil crateras, existindo muitas mais por catalogar –, Almog Yalinewich e Matt Caplan sugerem que se crie um sofisticado algoritmo capaz de estudar as imagens obtidas pelas sondas que a humanidade enviou para a órbita da Lua, com o objetivo de separar o trigo do joio e encontrar aquelas que têm as características que as suas projeções assinalaram.
Não obstante, só isto não basta, insistem os dois cientistas. Dizem eles que por causa do intenso (e ainda não compreendido) impacto gravitacional dos miniburacos negros, estes, ao atingirem a Lua, alterariam por completo as propriedades da matéria que compõe o nosso satélite natural, dando origem a poeira formada por peculiares variedades de quartzo e sílica. Logo, defendem, é preciso enviar sondas robóticas capazes de recolher a matéria suspeita de ter essa origem invulgar, ou, melhor ainda, uma missão humana que as traga para a Terra, onde poderão ser analisadas ao pormenor.
O problema é que a última vez que um ser humano pisou a Lua foi em 1972 – através da missão Apollo 17, da NASA. Felizmente, a agência espacial dos EUA está a preparar um conjunto de missões, através do programa Artemis, para que seres humanos aí voltem, estando previsto para 2025 a aterragem de uma tripulação de astronautas no seu solo.
Mas… e a Terra? Ela não poderá ter sido igualmente atingida por miniburacos negros? Yalinewich e Caplan admitem que essa possibilidade está totalmente aberta. “Não há nada de especial em relação à Lua. A única razão pela qual evocámos a Lua é porque ela está bem estudada”, comenta Yalinewich. “Algumas das luas de Neptuno, Júpiter ou Mercúrio podem ser boas candidatas para fazer uma semelhante investigação.”
A questão em relação ao nosso planeta é que ele se encontra protegido por uma atmosfera composta por várias camadas e que chega aos dez mil quilómetros de altura – contando a partir da superfície do mar. O suficiente, de acordo com Caplan, para travar e impedir o impacto um miniburaco negro na superfície terrestre. Sim, é possível que muito antes de terem surgido os primeiros humanos, quando a Terra ainda era bastante jovem, tal tenha sucedido, adianta, mas qualquer marca de colisão já foi, entretanto, apagada pelos processos de erosão que ocorrem na sua crosta.
Refaçamos a pergunta. Será que um desses pequenos devoradores de matéria poderá, de futuro, entrar em rota de colisão com o nosso planeta, sem nos darmos conta? Não há motivos para preocupação, dizem os pesquisadores, uma vez que estes buracos negros, mesmo que existam de momento, encontram-se bastante espalhados pelo Universo.