Thaisa Storchi-Bergmann investiga buracos negros no centro das galáxias

Tentar escrever sobre todos os trabalhos de Thaisa Storchi-Bergmann é tão impossível quanto ver a singularidade no centro de um buraco negro. Thaisa Storchi-Bergmann é reconhecida dentro e fora do país por suas pesquisas sobre esses objetos cósmicos, mas por pouco seu talento não foi parar na… construção civil. 

Thaisa se matriculou em arquitetura e chegou a fazer alguns meses do curso na Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), mas sua disciplina favorita da graduação, para a surpresa dos colegas, era “física para arquitetos”, ministrada no Instituto de Física.

Não demorou para ela pedir transferência e se formar no curso de Física. A pesquisadora partiu para o Rio de Janeiro para fazer o mestrado, mas logo depois foi convidada a voltar para seu estado natal e dar aula no recém-fundado Depto. de Astronomia da UFRGS.

Thaisa também acompanhou a fundação do Laboratório Nacional de Astrofísica, em Itajubá, Minas Gerais, no ano de 1985. Ela e sua orientadora de Doutorado, Miriani Pastoriza, foram as primeiras pessoas a observar galáxias usando o equipamento do local. Depois, fez vários estágios de pós-doutorado nos Estados Unidos, incluindo o Instituto do Telescópio Espacial e Harvard.

Na época, seu foco era observar núcleos galácticos ativos: galáxias cujo centro emite uma grande quantidade de radiação eletromagnética por causa da presença de um buraco negro. Hoje, sabe-se que a maioria das galáxias têm buracos negros em seu centro – o da Via Láctea, por exemplo, tem quatro milhões de vezes a massa do Sol –, mas que nem todos eles são ativos.

Isso não era consenso até pouco tempo atrás. Os trabalhos de pós-doutorado de Thaisa contribuíram para essa mudança radical nas nossas concepções sobre esses objetos cósmicos.

Falamos no início do texto que não dá para ver a singularidade no centro de um buraco negro. Uma singularidade é um ponto do espaço-tempo que, de acordo com as equações, possui densidade infinita. Por causa disso, ela gera uma força gravitacional extremamente forte, da qual nem a luz consegue escapar.

Você só consegue ver uma coisa porque a luz que reflete ou emite alcança seus olhos. Como qualquer luz que incide no buraco negro é engolida em vez de refletida, a singularidade lá no meio se torna inacessível para nossos olhos (e para qualquer método de sondagem).

Quando um buraco negro engole algo – tipo uma estrela, o que é raro, ou uma nuvem enorme de gás e poeira –, esse material começa a girar em torno dele, formando um disco muito aquecido. Você deve reconhecer esse disco pela foto do buraco negro M87*, divulgada em abril de 2019: é a famosa rosquinha laranja. Os astrônomos conseguiram vê-lo porque o disco, ao contrário do buraco em si, emite um bocado de luz e ejeta material para longe de si.

Se o buraco negro não está “comendo” nada, o disco não aparece, o que dificulta a vida dos astrônomos que estão procurando por eles.

A maioria dos buracos negros que estão no centro das galáxias são assim. Eles ficam lá, paradinhos, sem incomodar ninguém. É o caso do Sagittarius A*, que está no centro da Via Láctea. Até existem algumas estrelas orbitando ao seu redor, mas elas estão tão distantes que só calha de uma delas cair lá a cada 10 mil anos. Nesse meio tempo, a Sagittarius A* fica capturando apenas pequenas nuvens de hidrogênio, que não resultam naquele disco brilhante visto no M87*.

Por causa disso, os astrônomos achavam que apenas as galáxias ativas (ou seja, com buracos negros que possuem disco brilhante e ejetam material) tinham buracos negros no centro delas. A ideia permaneceu até a década de 1990, quando o telescópio Hubble foi lançado e começou a olhar com detalhe as galáxias mais distantes. Os astrônomos viram que talvez houvesse, sim, buracos negros em mais galáxias do que imaginavam.

Em 1991, Storchi-Bergmann estava observando a galáxia NGC 1097. Ela já mostrava alguns sinais de atividade em seu centro, mas ninguém conseguia cravar que havia um buraco negro lá. Após interpretar os dados coletados (utilizando a técnica de espectroscopia), o que a pesquisadora descobriu foi a presença de um disco brilhante de gás em órbita a altíssimas velocidades – característico de um buraco negro que capturou matéria.

Seu supervisor disse que as observações podiam estar mal calibradas, mas no final das contas era aquilo mesmo: a comprovação de um buraco negro no centro de uma nova galáxia. Esse foi o primeiro buraco negro descoberto desta forma em uma galáxia ativa do tipo LINER, que são menos luminosas e ativas.

Não para por aí. Tudo sugere que Thaisa tenha visto nada menos do que uma estrela que passou muito perto do buraco negro sendo engolida – o evento raríssimo que mencionamos antes. Na última vez que um pesquisador havia observado a NGC 1097, não havia nada, então é provável que a estrela tenha sido engolida logo antes da astrônoma olhar para a galáxia. O disco de gás em torno do buraco negro da NGC 1097 continua emitindo luz até hoje, mais de 30 anos após o evento.

Apesar das ocasiões extraordinárias de deglutição de estrelas, a base da alimentação dos buracos negros é gás. Outro tema que Storchi-Bergmann estuda é como os gases chegam até lá. Ela verificou, em várias galáxias, pequenos “braços” de gás que seguem uma trajetória em espiral até o disco luminoso, como se fossem água escorrendo pelo ralo.

Quando o buraco negro está bem alimentado por esses gases, ocorre a ejeção de partículas, chamada de feedback. A terceira linha de pesquisa da astrônoma consiste em entender como o feedback influencia a evolução das galáxias – e consequentemente, a história do Universo como um todo. 

Existem modelos matemáticos e computacionais que simulam a evolução do cosmos. Eles indicam que as galáxias deveriam ser maiores e mais povoadas do que realmente são – o que significa que falta algum elemento na conta. Desde que o Hubble mostrou que quase todas as galáxias possuem buracos negros no centro, os astrônomos teorizam que o feedback possa ter influenciado a formação de estrelas.

De maneira geral, as estrelas se formam quando uma parte de uma nuvem de gás fica mais densa e colapsa sob a própria gravidade. O feedback dos buracos negros pode ter empurrado e afastado o gás durante a formação da galáxia, o que reduz a taxa de formação de estrelas. Quando incluímos o feedback nos modelos de evolução das galáxias, o resultado se assemelha um pouco mais ao que vemos hoje.

Isso ainda é uma hipótese. A astrônoma submeteu um projeto de pesquisa ao telescópio ALMA, no Chile, para observar o feedback em mais detalhe. A melhor maneira de fazer isso é olhar para o passado – para o momento em que as galáxias ainda estavam se formando. O Universo surgiu há 13,8 bilhões de anos, Thaisa vai observar como as galáxias estavam apenas 3 bilhões de anos após o Big Bang. Olhar para o passado é possível por causa da distância: a luz dessas galáxias demora quase 11 bilhões de anos para chegar até nós. 

Thaisa Storchi-Bergmann faz parte da Academia Brasileira de Ciências e já recebeu diversos prêmios e honrarias pela sua contribuição à astronomia, incluindo o prêmio L’Oréal/UNESCO Para Mulheres na Ciência e a medalha de mérito científico concedida pela presidência da república. Apesar de não dar mais regularmente aulas na UFRGS, Storchi-Bergmann continua orientando alunos de iniciação científica, mestrado, doutorado e pós-doutorado que estudam buracos negros. Ela também faz divulgação científica pelas redes sociais nas horas vagas.