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Cientistas usam buracos negros para pesar a luz

Visão artística de um buraco negro supermassivo no centro de uma galáxia: os fotões com massa produzem uma bomba semelhante a uma bomba nuclear, que extrai energia do buraco negro muito rapidamente

Os buracos negros no centro das galáxias ajudam os cientistas a medir a massa dos fotões e podem ser usados para descobrir 96% do Universo, demonstra um estudo de uma equipa do Instituto Superior Técnico.

Virgílio Azevedo (www.expresso.pt)

Uma equipa internacional liderada por dois cientistas do Instituto Superior Técnico (IST), Vítor Cardoso e Paolo Pani, acaba de demonstrar que os buracos negros supermassivos podem ser usados para medir a massa de partículas superleves como os fotões, responsáveis por todas as formas de radiação electromagnética, incluindo a luz visível.

Os resultados desta descoberta, a que o Expresso teve acesso, poderão ser usados para estudar outras partículas, em especial as que supostamente formam a matéria e a energia escuras, que ainda não são conhecidas mas constituem 96% do Universo.

Estas partículas estão actualmente a ser procuradas no LHC, o grande acelerador de partículas do CERN (Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear), em Genebra, na Suíça.

A maior parte do que sabemos sobre o Cosmos é-nos transmitido por ondas electromagnéticas que atravessam o Universo à velocidade da luz, ou seja, a 300.000 km por segundo. Estas ondas são constituídas por fotões, partículas elementares cuja massa é zero desde que viajem a essa velocidade.

"Se os fotões tiverem massa serão mais lentos, o que terá consequências drásticas não só para a física de partículas, mas também para a forma como encaramos o Universo", explica Vítor Cardoso.

Laboratórios da física de partículas

Como é muito difícil analisar partículas superleves fazendo-as colidir entre si em aceleradores como o LHC, os cientistas começaram a usar observações de corpos astronomicamente grandes para estudar o mundo microscópico.

Os buracos negros supermassivos são objectos gigantescos, normalmente situados no centro das galáxias, como a Via Láctea, e formaram-se a partir de gigantescas nuvens de gás ou de milhões de estrelas que entraram em colapso.

"Os buracos negros com rotação, que são a maioria, estão sujeitos a um efeito conhecido por super-radiância: se iluminarmos um destes buracos negros, a luz será reflectida e aumentará de intensidade. Isto acontece à custa da energia do buraco negro cuja rotação, por conseguinte, diminui", esclarece o investigador do Centro Multidisciplinar de Astrofísica (Centra) do Departamento de Física do IST.

Um buraco negro é uma região do espaço onde a força da gravidade impede a luz e qualquer objecto de escapar, mesmo os objetos que se deslocam à velocidade da luz.

Como uma bomba nuclear

Neste estudo, a equipa do IST mostrou que fotões com massa produzem uma "bomba de buraco negro" análoga a uma bomba nuclear, que extrai energia do buraco negro muito rapidamente. Assim, a existência de tais partículas pode ser detetada pela observação de buracos negros com rotação.

Com esta técnica, os investigadores mostraram que a massa do fotão é 100 biliões de biliões de vezes menor que o limite da massa do neutrino, uma precisão 100 vezes melhor do que os cientistas tinham conseguido até agora. A descoberta vai ser em breve publicada na conhecida revista científica internacional "Physical Review Letters".

O neutrino é uma partícula subatómica extremamente leve (algumas centenas de vezes mais leve que o eletrão), sendo considerada a mais abundante do Universo conhecido depois do fotão.

Vítor Cardoso, que ganhou em 2010 uma bolsa de um milhão de euros do Conselho Europeu de Investigação (ERC) para estudar a colisão de buracos negros, conclui que "estamos perante um momento extraordinário para a física, porque este estudo demonstra que é possível usar o infinitamente grande para compreender o infinitamente pequeno".