Os buracos negros monstruosos que cientistas estão descobrindo no universo

No centro de nossa galáxia, existe um buraco negro gigantesco. Ele é tão grande quanto o nosso Sol, mas milhões de vezes mais pesado. Sua imensa força gravitacional agita a poeira e o gás interestelar ao seu redor.

Este buraco negro supermassivo é o coração pulsante da Via Láctea, tendo impulsionado a formação e evolução da nossa galáxia ao longo de toda a sua história de 13 bilhões de anos, ajudando a dar origem a sistemas solares como o nosso.

De vez em quando, uma estrela é aniquilada ao se aproximar demais dele, se apagando sem deixar vestígios de sua existência. É uma fera assustadora, com o poder de criar e destruir em uma escala épica.

Quase todas as grandes galáxias possuem um buraco negro supermassivo em seu centro, mas na grande escala do Universo, o nosso – chamado Sagittarius A* – é um verdadeiro peso-pena.

Na última década, os astrônomos descobriram buracos negros muito maiores, conhecidos como buracos negros ultramassivos. Alguns são 1.000 vezes mais massivos que Sagittarius A* – e grandes o suficiente para abranger toda a vastidão do nosso Sistema Solar.

A visão incomparável proporcionada pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST, na sigla em inglês) também nos oferece uma nova perspectiva sobre como esses gigantes cresceram no início dos tempos. No entanto, há muitos mistérios – de onde eles vieram e qual o tamanho que eles realmente podem atingir?

Medir o tamanho de objetos tão grandes e distantes (que, por sua própria definição, não podem ser observados diretamente) é complicado, mas sabemos que alguns dos maiores são surpreendentemente enormes.

Um dos maiores a ser descoberto até hoje, conhecido como Ton 618, encontra-se escondido no meio de um quasar a cerca de 18 bilhões de anos-luz da Terra. Estima-se que tenha 66 bilhões de vezes a massa do Sol – e seja até 40 vezes maior que a distância entre Netuno e o nosso Sol.

O buraco negro no centro de um aglomerado de galáxias chamado Holm 15A também seria cerca de 44 bilhões de vezes mais pesado que o Sol, e mediria 30 vezes a distância entre Netuno e o Sol, de acordo com estimativas recentes.

Eles são inegavelmente enormes. Mas alguns cientistas acreditam que pode haver monstros ainda maiores à espreita por aí.

“De uma perspectiva teórica, não há limite”, diz James Nightingale, cosmólogo observacional da Universidade de Newcastle, no Reino Unido, que em março de 2024 descobriu um buraco negro ultramassivo que pesava 33 bilhões de vezes a massa do Sol.

Os buracos negros que conhecemos possuem vários tamanhos. Em sua menor dimensão, os microburacos negros podem ter o tamanho de um átomo.

Talvez os mais conhecidos sejam os buracos negros de massa estelar, resultado do colapso de estrelas muito grandes. Eles variam entre três e 50 vezes a massa do nosso Sol, mas são condensados num objeto “aproximadamente do tamanho de Londres”, explica Julie Hlavacek-Larrondo, astrofísica da Universidade de Montreal, no Canadá.

Os buracos negros de massa intermediária formam o próximo grupo – eles possuem cerca de 50 mil vezes a massa do nosso Sol, abrangendo uma região do espaço aproximadamente do tamanho do planeta Júpiter.

Já os buracos negros supermassivos chegam a ter milhões ou bilhões de vezes a massa do nosso Sol.

Apesar de ainda não haver uma definição precisa de buraco negro ultramassivo, é consenso geral que eles têm a partir de “10 bilhões de vezes a massa do Sol”, diz Hlavacek-Larrondo.

Embora, em princípio, não haja razão para que um buraco negro não possa crescer até chegar a este tamanho, sua existência é inesperada, dada a forma como atualmente entendemos o crescimento dos buracos negros e a idade relativamente jovem do Universo, de apenas 13,7 bilhões de anos.

“É difícil gerar um buraco negro tão massivo usando os métodos tradicionais de alimentação”, diz Hlavacek-Larrondo, se referindo à forma como os buracos negros “ingerem” matéria ao seu redor devido à sua atração gravitacional. “Acho que as pessoas não esperavam que eles [existissem].”

Se você continuar alimentando um buraco negro, em princípio ele deve continuar crescendo indefinidamente – qualquer objeto ou matéria que cruze o chamado horizonte de eventos faz com que o buraco negro aumente sua massa.

Na prática, a idade do Universo e a taxa estimada de crescimento dos buracos negros devem limitar seu tamanho, provavelmente não mais do que 270 bilhões de massas solares no momento atual.

Alguns cientistas, no entanto, acreditam que é possível que alguns buracos negros podem ter crescido muito mais, atingindo trilhões de massas solares no Universo moderno, caso tenham conseguido consumir matéria mais rápido do que o esperado.

Estes objetos, chamados de buracos negros estupendamente grandes, teriam um raio de aproximadamente um ano-luz de diâmetro. Ainda não foram encontrados tais objetos, mas não podemos descartar a possibilidade de estarem escondidos no centro de algumas galáxias.

Os astrônomos detectaram os primeiros buracos negros ultramassivos no início de 2010. Desde então, cerca de 100 foram encontrados.

Em março de 2023, Nightingale e seus colegas anunciaram que haviam avistado um novo buraco negro ultramassivo que pesava aproximadamente 33 mil milhões de massas solares. Eles só conseguiram vê-lo devido à forma como a luz de uma galáxia mais distante se curvava em torno do buraco negro.

“Foi uma descoberta por acaso”, diz Nightingale.

Não podemos ver os buracos negros diretamente devido à sua própria natureza – na sua borda, conhecida como horizonte de eventos, a gravidade se torna tão intensa que nada consegue escapar, nem sequer a luz.

Portanto, só podemos vê-los se projetarem uma sombra sobre a matéria brilhante circundante que está sendo consumida pelo buraco negro. Podemos inferir sua existência mais facilmente, no entanto, olhando para uma galáxia e observando os efeitos do buraco negro central. Uma maneira é procurar jatos potentes disparados dos polos do buraco negro.

“Ainda não entendemos exatamente como eles podem formar estas estruturas, mas eles formam”, diz Hlavacek-Larrondo. Estes jatos de rádio podem se estender por milhões de anos-luz.

Os buracos negros também podem produzir anéis quentes de matéria que giram em torno deles, chamados discos de acreção, à medida que consomem matéria. A matéria gira rapidamente em torno do buraco negro, com a forte gravidade fazendo com que ele entre em espiral “aproximadamente à velocidade da luz”, explica Hlavacek-Larrondo.

À medida que cai em direção ao buraco negro, o disco de matéria também emite raios-X brilhantes. Quanto maior o buraco negro, mais raios-X e ondas de rádio são produzidos pelo disco de acreção e pelo jato, respectivamente.

A física dos buracos negros ultramassivos e dos menores é basicamente a mesma – passe do horizonte de eventos, e não há escapatória. Uma massa maior leva a um raio maior para o horizonte de eventos. Mas os buracos negros ultramassivos têm uma propriedade interessante devido ao seu tamanho.

Se você tivesse a infelicidade de cair em um buraco negro de massa estelar, sofreria algo conhecido como “espaguetização” – seu corpo seria esticado até o infinito –, devido à diferença de gravidade entre seus pés e sua cabeça.

Num buraco negro ultramassivo, no entanto, o gradiente gravitacional é muito menos acentuado porque se estende muito mais longe no espaço, a ponto de você mal perceber que está passando do horizonte de eventos.

“A ‘espaguetização’ não ocorreria”, diz Nightingale. A única coisa que selaria seu destino seria a distorção da luz das estrelas ao seu redor devido à gravidade do buraco negro.