Cientistas comprovam a mais famosa previsão de Stephen Hawking

As ondas gravitacionais foram previstas por Einstein no escopo de sua Teoria da Relatividade Geral. Elas são ondulações no tecido do espaço-tempo que se propagam à velocidade da luz, provocadas por eventos cósmicos extremamente violentos - como fusões de buracos negros, colisões entre estrelas de nêutrons e explosões de estrelas massivas.

Sua existência foi comprovada experimentalmente pela primeira vez em 2015, quando foram detectadas pelo observatório LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), provenientes da fusão de dois buracos negros a 1,3 bilhão de anos-luz da Terra - evento classificado como GW150914. A descoberta rendeu o Prêmio Nobel de Física de 2017 aos cientistas Barry Barish, Kip Thorne e Rainer Weiss.

A observação de ondas gravitacionais é fundamental para o estudo de objetos cósmicos que não emitem luz. Desde então, o LIGO tornou-se um verdadeiro "caçador de buracos negros", e as emissões ondulatórias resultantes de fusões já compõem um catálogo de centenas de eventos registrados.

Os estudos mais recentes, baseados em observações do LIGO, representam grandes avanços científicos.

Em artigo publicado na Physical Review Letters no último 10 de setembro, pesquisadores demonstraram com precisão inédita, o teorema da área formulado por Stephen Hawking em 1971, segundo o qual "a área total da superfície dos horizontes dos buracos negros não pode diminuir com o tempo".

Além disso, foi confirmado que buracos negros são da natureza de Kerr*, ou seja, são corpos rotativos, conforme previa a Relatividade Geral.

Essas conclusões foram baseadas na análise das ondas gravitacionais GW250114, os sinais de fusão mais nítidos já registrados. Literalmente, os pesquisadores puderam "ouvir" os buracos negros ressoarem como sinos cósmicos.

Também foram divulgados os resultados referentes às ondas GW241011 e GW241110, captadas em 2024, que contribuem para aprofundar o entendimento sobre a formação dos buracos negros e sobre a Física Fundamental. Este último estudo foi publicado no Astrophysical Journal Letters em 28 de outubro.

Todos esses trabalhos foram realizados por cientistas da Colaboração LIGO-Virgo-KAGRA (LVK), que reúne mais de 1.600 pesquisadores em todo o mundo.

Vamos entender melhor tudo isso? Continue a leitura...

O buraco negro resultante de uma fusão não é estacionário - ele vibra de modo análogo a uma corda de violão ao ser dedilhada. Essa vibração, chamada de fase de ressonância, gera ondas gravitacionais que se espalham pelo espaço-tempo e agora podem ser captadas da Terra, graças ao crescente refinamento da sensibilidade dos detectores.

As primeiras ondas gravitacionais descobertas, GW150914, receberam uma denominação técnica simples: GW significa gravitational wave (onda gravitacional) e os números indicam a data da detecção - no caso, 14 de setembro de 2015. Essa primeira observação, contudo, teve relação sinal-ruído de apenas 26, o que limitava a precisão.

Já as ondas GW250114, registradas em 14 de janeiro de 2025, apresentaram relação sinal-ruído de 80, a mais alta até hoje. Dessa forma, convertidos em som, os sinais puderam ser ouvidos nitidamente. Ouça no YouTube uma comparação entre os sons do GW150914 e do GW250114:

A precisão alcançada permitiu expandir os testes das teorias gravitacionais em campos intensos, possibilitando estudos mais profundos sobre as leis fundamentais da natureza, especialmente as leis da Mecânica dos Buracos Negros - entre as quais a segunda lei é o teorema de Hawking.

Mas como os cientistas conseguiram comprovar essa lei?

Os sinais de ondas gravitacionais, tanto os emitidos pelos buracos negros originais (antes da fusão) quanto os da fase de ressonância pós-fusão, codificam informações sobre dois parâmetros principais: massa e spin (uma grandeza associada à rotação, na Mecânica Quântica, originalmente relacionada ao elétron).

Com esses parâmetros, os pesquisadores calcularam a área total antes e depois da fusão para verificar se a área final do remanescente excederia a soma das áreas dos dois buracos negros originais. As análises confirmaram, com alta credibilidade estatística, a validade do teorema da área de Hawking.

E como os cientistas mostraram que os buracos negros em fusão são da natureza de Kerr? Para isso, recorreram a uma analogia com a teoria musical.

Espera-se que o sinal de ressonância seja composto por um conjunto de "modos quase normais", sendo o modo fundamental o de maior duração. Em frequências mais baixas, aparecem os sobretons, que decaem mais rapidamente.

De modo simplificado, esses múltiplos modos são equivalentes aos harmônicos de uma corda musical. Se o sinal contiver um ou mais sobretons, é possível verificar se o remanescente é realmente um buraco negro de Kerr - isto é, um buraco negro rotativo conforme previsto pela teoria de Einstein.

O sinal excepcionalmente forte de GW250114 permitiu dissipar todas as dúvidas: os pesquisadores identificaram de forma robusta o tom dominante da ressonância e seu primeiro sobretom.

Os interferômetros terrestres têm avançado significativamente e continuam em constante aprimoramento. Com a detecção cada vez mais frequente de sinais de ondas gravitacionais, espera-se que as próximas gerações de detectores tragam descobertas ainda mais revolucionárias.

Vamos ficar de olho...