Um horizonte de eventos não tem matéria para tocar, nem cor, nem espessura — e, ainda assim, é a fronteira mais absoluta do universo. Atravessa-o, e nem sequer um feixe de luz apontado exatamente na direção de onde vieste consegue escapar. Nada assinala esse ponto, exceto a matemática que o descreve.
Essa combinação, um limite que é simultaneamente omnipresente-e-inexistente e absolutamente definitivo, é o que distingue um buraco negro de qualquer outro objeto na astronomia. Planetas e estrelas têm superfícies sobre as quais, em princípio, se poderia ficar de pé. Um horizonte de eventos é uma fronteira no próprio espaço-tempo, e as regras dos dois lados não são as mesmas.
A história de como os físicos chegaram a compreender essa fronteira estende-se de uma carta do século 18 a uma fotografia de 2019, e continua a revelar ideias ainda mais estranhas do que o próprio buraco negro.
Uma fronteira prevista antes de existir uma palavra para a descrever
O primeiro esboço da ideia surgiu em 1784, quando o clérigo e astrónomo inglês John Michell propôs que a gravidade nas proximidades de um objeto suficientemente maciço e compacto poderia ser tão forte que nem a luz conseguiria escapar-lhe. Ainda não existia a relatividade geral, nem um nome para a fronteira que Michell tinha descrito — apenas a aritmética de uma velocidade de escape capaz de ultrapassar a própria luz.
O nome surgiu gerações mais tarde, a meio do século, quase como uma reflexão tardia. O físico Wolfgang Rindler cunhou o termo «horizonte de eventos» na década de 1950, tomando emprestada a palavra «horizonte» para algo que oculta acontecimentos em vez de terra. Seguiu-se uma definição mais rigorosa em 1958, quando David Finkelstein usou a relatividade geral para descrever o horizonte como uma fronteira além da qual nada do que acontece pode alguma vez afetar um observador do lado de fora. Essa formulação continua a ser a que os físicos utilizam: o horizonte de eventos não é definido pelo que está dentro dele, mas por aquilo que nunca consegue sair.
Um raio que se calcula num guardanapo
Por mais abstrata que a definição pareça, o tamanho de um horizonte de eventos é um dos números mais simples de calcular em física, uma vez conhecida a massa de um objeto. Trata-se do raio de Schwarzschild, cujo nome homenageia o astrónomo alemão Karl Schwarzschild, que encontrou a solução em 1916, poucos meses depois de Einstein publicar a própria relatividade geral.
Basta inserir qualquer massa para o raio surgir de imediato, o que permite comparações bastante impressionantes. Comprimindo o Sol até ao seu raio de Schwarzschild, este teria de caber numa esfera com cerca de 3,0 km (1,9 milhas) de diâmetro. Fazendo o mesmo à Terra, a esfera encolhe para cerca de 9 mm (0,35 polegadas) — mais pequena do que uma berlinde. A versão da Lua seria de cerca de 0,1 mm (0,004 polegadas), uma fronteira que se poderia perder na ponta de um dedo. Nenhum destes corpos é remotamente denso o suficiente para formar realmente um horizonte; o número apenas descreve a distância a que estão dele.
No outro extremo da escala, o raio de Schwarzschild do buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea é de aproximadamente 12 milhões de quilómetros — uma fronteira que engoliria confortavelmente a órbita de Mercúrio.
Mais água do que qualquer oceano, mesmo antes de colapsar
A fórmula do raio de Schwarzschild encerra uma implicação genuinamente estranha: como escala com a massa, enquanto o tamanho físico de um objeto escala com a raiz cúbica do seu volume, um material de baixa densidade pode ultrapassar o seu próprio horizonte se simplesmente houver quantidade suficiente dele. Calculando quanta água comum seria possível reunir antes de toda a massa colapsar sob a própria gravidade, a resposta é uma esfera com um raio de cerca de 400920754 km, aproximadamente 2,67 UA — mais larga do que a distância entre o Sol e a cintura de asteroides.
É pela mesma razão que os maiores buracos negros são, em média, menos extremos do que os pequenos. O volume delimitado pelo horizonte de eventos dos buracos negros mais massivos tem uma densidade média inferior à das estrelas comuns da sequência principal. Um horizonte assinala onde a fuga se torna impossível, não onde a matéria está comprimida ao seu limite — e, para um objeto suficientemente grande, «impossível de escapar» e «ténue como uma estrela» podem descrever o mesmo lugar.
Nunca verias ninguém cair lá dentro
Aqui está a parte que confunde até os leitores mais atentos: um horizonte de eventos atravessa-se apenas num sentido, mas, do exterior, ninguém chega a ver a travessia acontecer. Os objetos enviados em direção a um horizonte de eventos nunca parecem chegar realmente a ele, do ponto de vista de um observador distante, porque a luz que transportaria essa imagem final nunca consegue alcançar o observador. O objeto em queda parece abrandar, esbater-se e desvanecer-se em direção ao horizonte para sempre, sem nunca chegar de forma visível.
Se a própria queda seria sobrevivível depende inteiramente da escala. Um astronauta humano só sobreviveria a atravessar um horizonte de eventos num buraco negro com uma massa de aproximadamente 10.000 massas solares ou superior — abaixo disso, as forças de maré perto da fronteira causam os danos primeiro, muito antes de se atingir o próprio horizonte.
O ponto sem retorno, esticado ao limite
Esse dano tem um nome: espaguetificação. Perto de um buraco negro, a diferença na atração gravitacional entre o lado próximo e o lado distante de um objeto torna-se tão extrema que nada resiste a ser esticado ao longo da direção da queda. Um pequeno buraco negro provoca este efeito bem para fora do seu horizonte, e é exatamente por isso que um de massa reduzida é letal muito antes de um astronauta sequer se aproximar da fronteira.
Ao aumentar a escala do buraco negro, porém, a geografia muda. Num buraco negro supermassivo, o ponto onde a espaguetificação começaria situa-se dentro do próprio horizonte de eventos, pelo que um astronauta poderia atravessar a fronteira sem sentir qualquer esticamento — ainda que cair em direção ao centro continue depois inevitável. É possível, por outras palavras, ultrapassar o ponto sem retorno e sentir-se perfeitamente bem com isso, por algum tempo.
Fotografar uma silhueta que ninguém consegue ver
Um horizonte de eventos não emite luz própria, pelo que nenhum telescópio o consegue fotografar diretamente — o que os astrónomos conseguem captar é a sua silhueta contra o gás incandescente e sobreaquecido que gira mesmo ao lado de fora. Foi essa silhueta que o Event Horizon Telescope, uma rede global de antenas de rádio a funcionar como um único instrumento, se propôs captar. A primeiríssima imagem de um buraco negro, no centro da galáxia Messier 87, foi publicada pela Event Horizon Telescope Collaboration a 10 de abril de 2019, distribuída simultaneamente por seis publicações científicas.
Os números por detrás dessa imagem são impressionantes por si só. O telescópio mediu a massa desse buraco negro em 6,5±0,7 mil milhões de massas solares e o diâmetro do seu horizonte de eventos em aproximadamente 40 mil milhões de quilómetros (270 UA), cerca de 2,5 vezes menor do que a sombra luminosa que a imagem efetivamente mostra — a sombra surge ampliada pela forma como a luz se curva em torno do horizonte antes de chegar à Terra. Em 12 de maio de 2022, a mesma colaboração revelou um segundo retrato: o buraco negro supermassivo no centro da nossa própria Via Láctea, Sagitário A*.
Ambas as imagens dependeram de uma resolução sem precedentes. Desde 2018, o Event Horizon Telescope tem captado imagens num comprimento de onda de 870 micrómetros (345 GHz), alcançando uma resolução angular de 19 microarcossegundos — a mais nítida entre todos os telescópios terrestres, e aproximadamente o que seria necessário para ler o título de um jornal na superfície da Lua a partir da Terra.
Um brilho ténue mesmo na fronteira
Até a fronteira mais absoluta da física acaba por ter uma brecha, pelo menos em teoria. A radiação de Hawking é libertada mesmo fora do horizonte de eventos de um buraco negro, de acordo com um modelo de efeitos quânticos desenvolvido por Stephen Hawking em 1974. O próprio horizonte continua a não deixar nada regressar — a radiação é um processo quântico distinto que ocorre precisamente no seu limiar, e não luz a escapar de detrás da fronteira.
É um lembrete de que o horizonte de eventos, apesar de toda a sua definitividade, não é a última palavra sobre o que um buraco negro faz. É simplesmente a linha a partir da qual o universo deixa de te manter informado.