A história de Subrahmanyan Chandrasekhar é quase tão apaixonante quanto suas realizações no campo da astrofísica. A sua infância na Índia no início do século XX foi marcada pela forma como os seus pais souberam estimular a sua curiosidade e estimular a sua paixão pelos estudos. Sua habilidade inata com números o levou a se destacar muito cedo no campo da física e matemática, e com apenas 19 anos formou-se em física pela Universidade de Madras.
Seu destacado histórico acadêmico foi concedido pelo Governo de seu país com a possibilidade de viajar para a Inglaterra para continuar seus estudos na Universidade de Cambridge, oportunidade que Chandrasekhar não perdeu. Foi admitido no prestigioso Trinity College sob a tutela do físico e astrônomo britânico Ralph Howard Fowler, que, precisamente, foi o autor de alguns dos artigos científicos que o ajudaram para mergulhar na física quântica que na década de 1930 ainda dava seus primeiros passos.
Durante o estágio da sequência principal, as estrelas se reajustam continuamente para se equilibrar com a contração gravitacional e a pressão dos gases e da radiação.
Chandrasekhar era fascinado pelo ramo da astrofísica que buscava entender os estágios pelos quais a evolução estelar passou. Naquela época, os astrofísicos já sabiam que as estrelas consomem a maior parte de seu combustível em uma fase conhecida como sequência principal, e também que nessa fase conseguem se manter em equilíbrio. reajustándose continuamente graças à tensão de duas forças opostas: a contração gravitacional, que puxa a matéria da estrela para dentro, e a pressão dos gases e da radiação, que puxa a matéria para fora.
Os astrônomos conheciam com bastante precisão o estado de equilíbrio hidrostático em que as estrelas se encontram durante a maior parte de suas vidas, mas também sabiam que havia um tipo peculiar de estrelas, as anãs brancas, que eram muito mais densas do que qualquer objeto que pudessem ter estudado na Terra. Na verdade, sua densidade e seu estado de equilíbrio escapou do seu entendimento Como não podiam ser explicados pelas leis da física clássica, eles decidiram recorrer à ainda incipiente mecânica quântica na esperança de que ela os ajudasse a entender o que estava acontecendo por dentro.
O segredo das anãs brancas
Chandrasekhar era apaixonado por física quântica. Os artigos científicos dos astrofísicos Fowler e Eddington ajudaram-no a mergulhar nisso, e foi justamente seu tutor no Trinity College que em 1926, quando o jovem índio ainda estudava em seu país natal, conseguiu descrever o mecanismo que permite a as anãs brancas mantêm o equilíbrio. Equipado com as ferramentas da mecânica quântica, Fowler publicou um artigo no qual conseguiu explicar como um fenômeno conhecido como degeneração eletrônica ele era responsável por manter as anãs brancas em equilíbrio.
Até aquele momento, astrofísicos haviam observado que essas estrelas haviam deixado para trás o estágio em que consumiam suas reservas de combustível, mas, surpreendentemente, apesar de não terem a pressão da radiação e dos gases resultantes da ignição da matéria que aglutinam, eles conseguiram ficar em equilíbrio. Deve haver necessariamente uma força que seja capaz de neutralizar a contração gravitacional para permitir o equilíbrio das anãs brancas.
Felizmente, a degenerescência eletrônica descrita por Fowler conseguiu explicar esse fenômeno. Em termos gerais, e deixando de lado os detalhes mais complicados, esse mecanismo prediz que a contração gravitacional consegue comprimir a matéria da estrela tanto que os elétrons ligados aos núcleos atômicos dificilmente têm espaço para se mover. Cada um deles fica trancado em um espaço 10.000 vezes menor do que o que tinha originalmente, fazendo com que comece a tremer incontrolavelmente, atingindo elétrons adjacentes, que estão exatamente na mesma situação.
Nada pode impedir esse movimento degenerado de elétrons. Nem mesmo o resfriamento gradual das anãs brancas que já gastaram seu combustível. Na verdade, a degeneração eletrônica é mantida mesmo que a matéria esteja em temperatura zero absoluta (-273,15 ºC). A origem deste fenômeno está intimamente ligada a dualidade onda / partícula como a física quântica nos explica, o que, novamente falando de maneira geral, nos diz que, na realidade, ondas e partículas são iguais. Todas as partículas às vezes se comportam como uma onda e, ao mesmo tempo, todas as ondas às vezes se comportam como uma partícula.
Em seu artigo, Fowler propôs que a degeneração eletrônica é o mecanismo responsável pela força que neutraliza a contração gravitacional das anãs brancas. E, portanto, também é responsável por mantenha o equilíbrio. Essa ideia atormentou Chandrasekhar durante seus anos de estudo na Índia, e quando ele teve a oportunidade de mergulhar nela durante seu tempo na Inglaterra, trabalhando em estreita colaboração com Fowler, ele não hesitou em tirar proveito dela.
E a guerra desencadeada pelo “limite de Chandrasekhar” veio
As longas viagens que fez entre a Inglaterra e a Índia deram a Chandrasekhar a oportunidade de mergulhar em seus pensamentos, longe dos exames e compromissos que vieram com seus estudos no Trinity College. Fowler conseguiu explicar por que as anãs brancas eles mantiveram o equilíbrio, mas sua pesquisa falhou em fornecer uma descrição satisfatória da estrutura interna dessas estrelas. E Chandrasekhar estava determinado a aceitar esse desafio.
O que os números disseram a Chandrasekhar foi que a contração gravitacional só poderia ser neutralizada se a massa da estrela fosse inferior a 1,4 massa solar.
Durante uma de suas viagens, e enquanto estava pensando profundamente, ocorreu-lhe que poderia ser uma boa ideia introduzir as leis da Relatividade Especial que Albert Einstein havia concebido não muitos anos antes nos cálculos que Fowler fizera. E ele fez. Sua formação em astrofísica ainda era muito limitada e, além disso, os grandes físicos e matemáticos que naquela época lutavam para conciliar a relatividade e a física quântica não haviam obtido resultados promissores, mas isso não desencorajou Chandrasekhar.
Depois de passar vários dias fazendo cálculos e revisando os artigos mais recentes que Eddington e Fowler haviam publicado, ele obteve um resultado. Mas não foi qualquer resultado; foi um resultado estranho e, ao mesmo tempo, extraordinariamente promissor. O que os números diziam a Chandrasekhar era que a contração gravitacional só poderia ser neutralizada se a massa da estrela tinha menos de 1,4 massas solares. Se a massa da anã branca ultrapassasse esse número, nem mesmo a degeneração do elétron poderia impedir o colapso gravitacional da estrela, que abriu as portas para a existência de buracos negros.
Um fragmento de um centímetro cúbico de uma estrela de nêutrons pesa aproximadamente 1 bilhão de toneladas. A matéria degenerada que o constitui não é mais composta de prótons, nêutrons e elétrons, como a matéria comum.
Atualmente, os astrofísicos defendem que uma estrela pode adotar mais dois estados antes de terminar seus dias adquirindo a entidade de um buraco negro: estrelas de nêutrons e as ainda hipotéticas estrelas de quark (falaremos sobre ambas em profundidade no artigo que temos no link aqui mesmo). Mas na década de 1930 o que Chandrasekhar propôs foi difícil assumir. Na verdade, os primeiros astrofísicos a quem ele submeteu seu artigo científico, entre os quais estava Fowler, não entenderam sua prova.
Finalmente Chandrasekhar teve seu texto publicado no American Astrophysical Journal após ter sido previamente aprovado pelo físico Carl Eckart. Esse endosso deu grande visibilidade à sua pesquisa, e cada vez mais astrofísicos aceitavam sua conclusão, embora todos se opusessem à existência de buracos negros. Eles não podiam admitir que a natureza aceitou que essas aberrações realmente existiram. Deve haver alguma lei impedindo sua existência além da correção da demonstração que o jovem astrofísico indiano havia feito.
A rejeição da comunidade científica foi um golpe duro para Chandrasekhar, mas o que mais doeu foi que sua demonstração foi fortemente rejeitada por Arthur Eddington, que até então havia servido como um de seus tutores mais entusiasmados. Na verdade, Eddington até ridicularizou a possibilidade de que uma anã branca não pudesse ter uma massa maior que 1,4 massas solares durante uma de suas palestras na Royal Astronomical Society em Londres, na qual, é claro, Chandrasekhar estava presente.
Em 1983, Subrahmanyan Chandrasekhar e William Fowler receberam o Prêmio Nobel de Física
Eddington manteve sua oposição feroz ao “Limite de Chandrasekhar” ao longo de sua vida, e desapontado com a rejeição a que estava sendo submetido, Chandrasekhar abandonou o estudo das anãs brancas no final da década de 1930 e só voltou a ele duas décadas depois. Por quase seis décadas, esse gênio indiano ensinou astrofísica na Universidade de Chicago e, finalmente, sua contribuição essencial para o conhecimento da evolução estelar e do processo de formação de buracos negros foi reconhecida.
Em 1983, Subrahmanyan Chandrasekhar e William Fowler recebeu o Prêmio Nobel de Física. É impossível saber como a astrofísica teria evoluído sem as contribuições de Chandrasekhar, mas não há dúvida de que sem seu trabalho talvez o que sabemos hoje sobre estrelas e buracos negros ainda não estivesse ao nosso alcance.
Bibliografia ‘Buracos negros e tempo curvo’, de Kip S. Thorne | ‘Física Estatística: Volume 1 de Física Clássica Moderna’, de Roger D. Blandford e Kip S. Thorne | ‘História do tempo: do Big Bang aos buracos negros’, de Stephen W. Hawking
Imágenes | NASA | Centro de vôo espacial Goddard da NASA | NASA / JPL-Caltech | M. Helfenbein, Yale University / OPAC
