El-Badry frequentou a Universidade de Yale como estudante de graduação e obteve seu doutorado em astrofísica pela UC Berkeley. Antes de vir para a Caltech, El-Badry realizou um pós-doutorado no Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics. Ele continua como visitante no Instituto Max Planck de Astronomia em Heidelberg.

Recentemente conversamos com El-Badry para entender mais sobre seu fascínio pelas estrelas e pelos vazios de energia escura que elas às vezes deixam para trás.

Quando comecei a faculdade, pensei que estaria na área de humanidades. Entrei como estudante de filosofia. Mas então, no meu primeiro ano, fiz uma aula de introdução à astronomia, e essa foi minha porta de entrada. Depois disso, tive muitas aulas de física e depois fiz pesquisas de verão, primeiro em Yale, onde estava na graduação, e depois na Caltech como aluno do SURF no laboratório de Phil Hopkins [Hopkins é Ira S. Bowen Professor de Astrofísica Teórica]. Percebi rapidamente que gostava mais de ciência do que de filosofia. E senti que havia questões mais acessíveis na astronomia do que em outras áreas da física. Eu poderia escolher uma nova área de pesquisa e, dentro de seis meses ou um ano, poderia estar aprendendo algo novo que as pessoas não conheciam antes.

Este nunca foi meu objetivo. Verdadeiramente. Passei grande parte do meu tempo de pesquisa na pós-graduação procurando buracos negros com um sabor específico: aqueles formados na morte de estrelas massivas. Esses buracos negros de “massa estelar” são distintos dos buracos negros “supermassivos” encontrados nos centros das galáxias. Na época, os únicos buracos negros de massa estelar que conhecíamos estavam em binários de raios-X. Esses sistemas incluem uma estrela que orbita firmemente em torno de um buraco negro e é gradualmente devorada por ele. À medida que o material da estrela cai no buraco negro, liberta muita energia sob a forma de raios X, que podemos detectar porque são muito brilhantes.

Eu estava procurando por algo diferente – binários de buracos negros sem acreção, que consistem em um buraco negro emparelhado com uma estrela, mas com os dois objetos distantes o suficiente para que a estrela não seja comida pelo buraco negro. Especialmente desde que as detecções de ondas gravitacionais começaram em 2015, suspeitamos que o tipo de buracos negros que vemos nos binários de raios X não são necessariamente representativos de toda a população de buracos negros em termos das suas massas, como se formaram, dos seus spins.

Passei vários anos procurando buracos negros que não acumulassem e não encontrei nada. Mas outros grupos começaram a publicar descobertas, então comecei a analisá-las para melhorar meus próprios métodos de pesquisa. E durante cerca de quatro anos, cada um que examinei descobriu que não era realmente um buraco negro. Eu reanalisaria seus dados ou, às vezes, obteria meus próprios dados. Veja, é um processo de eliminação decidir se você encontrou um buraco negro; você tem que descartar todas as outras possibilidades. E descobri que encontrar ou não a companheira em torno da qual uma estrela orbita tem a ver com o quão minuciosamente você olha. Em muitos casos, a princípio parece que não há nenhuma companheira visível para a estrela em órbita, mas se você olhar um pouco mais de perto, descobrirá que existe uma.

Acho que com todos os objetos sobre os quais escrevi, até agora até os autores dos documentos de descoberta originais reconheceram que essas coisas provavelmente não eram buracos negros.

Sim. No último ano, encontramos dois buracos negros que estão mais próximos de nós do que qualquer outro que conhecemos. Ambos estão separados de sua estrela por mais do que a distância entre a Terra e o Sol. Isso está muito distante para que haja qualquer transferência de matéria estelar para o buraco negro.

Suspeitamos que aqui na Terra não estamos num lugar particularmente incomum no universo, então os buracos negros mais próximos de nós são provavelmente o tipo mais comum de buraco negro. Algumas das principais coisas em que estou trabalhando agora são encontrar mais deles, medir seus parâmetros físicos, observá-los em todos os comprimentos de onda e tentar construir modelos evolutivos sobre como eles se formam.

A maioria das estrelas está apenas se movendo em linha reta pela galáxia. Mas se estiverem orbitando um buraco negro ou outra estrela, terão um movimento orbital além dessa velocidade, uma oscilação extra. A missão Gaia , que está a ser dirigida pela Agência Espacial Europeia, está a medir essa oscilação para algo como mil milhões de estrelas. Eles tiveram seu primeiro lançamento de dados com informações sobre binários há cerca de um ano e meio, e foi assim que encontramos esses dois buracos negros mais próximos de nós. Essa primeira divulgação de dados representou apenas cerca de 1% do volume total de dados esperados desta missão. O próximo grande lançamento de dados será daqui a um ou dois anos, então sentimos que em breve saberemos muito mais do que sabemos agora.

Os dois que encontramos estão 20 vezes mais próximos de nós do que o buraco negro no centro da Via Láctea. Eles estão em nossa galáxia. Um está a cerca de 1.500 anos-luz de distância e o outro está a cerca de 3.500 anos-luz de nós. Em comparação, o centro da galáxia está a 25.000 anos-luz de distância.

A Via Láctea tem um grande buraco negro em seu centro com alguns milhões de massas solares. Acreditamos que existam algo entre 10 milhões e 100 milhões de buracos negros menores que estão misturados com as estrelas da galáxia. São os cadáveres de estrelas que já morreram. Em termos de massa total, estes pequenos buracos negros superam o buraco negro único no centro da galáxia por um factor de 100 a 1.000.

Os modelos sugerem que o buraco negro mais próximo de nós deveria estar a apenas 30 a 50 anos-luz de distância. Na verdade, deveria haver um milhão de buracos negros mais próximos de nós do que o mais próximo que encontrámos até agora! Acontece que a maioria deles provavelmente não está sendo orbitada por uma estrela, então são difíceis de encontrar.

Usei o telescópio Keck no Havaí e telescópios menores na Califórnia, no Chile e no Arizona – basicamente qualquer coisa que eu possa encontrar. Para esse tipo de descoberta, precisamos de muitas medições. Mas como estamos a observar estrelas relativamente brilhantes nestes sistemas binários, não precisamos necessariamente de um grande telescópio. Basta olharmos para a mesma estrela muitas noites seguidas. Frequentemente combinamos dados de diferentes observatórios.

Se você visualizar o espectro de uma estrela em diferentes estágios de sua órbita, poderá ver como esse espectro muda. Se seu companheiro for realmente um buraco negro, se não estiver produzindo nenhuma luz, então você deverá ver o deslocamento Doppler no espectro da estrela [uma mudança na frequência da luz que nos diz se um objeto está se movendo em nossa direção ou se afastando de nós], mas a forma das características do espectro não deveria mudar em nada. Se houver outra estrela ali, o espectro mostrará algumas outras mudanças.

Para a área em que trabalho – estrelas, binários, objetos compactos – há algumas pessoas aqui que estão desenvolvendo modelos para comparar com os dados que estou obtendo ou gerando os dados em primeiro lugar. Existem muitos recursos de telescópios e Pasadena é legal. Até agora, está tudo bem. Gostei particularmente de me estabelecer com meu grupo de pesquisa. Mesmo que tenham se passado apenas seis ou sete meses, já vejo os alunos progredindo muito. É bom ter essa pequena comunidade.

Sim. A maioria dos projetos em que estamos trabalhando envolve algum tipo de estrela binária. Há uma classe de supernovas que é muito usada em cosmologia porque têm basicamente o mesmo brilho: supernovas do tipo 1A. Temos quase a certeza de que, ao contrário das supernovas normais, que são causadas pelo colapso de uma estrela massiva, as supernovas do tipo 1A resultam da explosão de uma anã branca, uma estrela de baixa massa. Ainda não sabemos exatamente o que os faz explodir. Achamos que a anã branca deve estar em um sistema estelar binário e a outra estrela deve estar transferindo massa para a anã branca. Mas o que causa a detonação ainda não está claro.

Meu grupo está interessado em um modelo para supernovas do tipo Ia que começa quando há duas anãs brancas em um sistema binário espiralando uma na outra. As estrelas anãs brancas são muito densas, por isso podem mover-se para órbitas muito estreitas e rápidas. Quando chegam ao ponto em que estão prestes a se fundir, algo detona uma das anãs brancas. A fusão descontrolada do centro dessa estrela explode-a, quase vaporizando-a, e a outra estrela é lançada no espaço à sua velocidade orbital.

Exatamente. E agora encontramos algumas dessas anãs brancas em fuga. Eles estão se movendo muito mais rápido do que a velocidade de escape da Via Láctea, então sabemos que devem ter se formado recentemente, caso contrário não estariam mais aqui.

Quando você traça sua trajetória para trás, em alguns casos ela leva diretamente ao remanescente de uma supernova do tipo 1A, então achamos que temos evidências bastante fortes de que pelo menos algumas supernovas do tipo 1A vêm de fusões duplas de anãs brancas.

Quando olhamos para os espectros das estrelas anãs brancas em fuga, vemos elementos que normalmente não existem, que pensamos serem produtos da combustão nuclear da companheira que explodiu.

Se pudermos medir o tempo de vida destes objetos, poderemos estimar a taxa de natalidade para eles e descobrir com que frequência estas estrelas são ejetadas de um sistema binário. Podemos comparar essa taxa com a taxa conhecida de supernovas do tipo 1A e ver se é daí que essas supernovas normalmente vêm ou se existe algum outro mecanismo.

Acho que mudou um pouco. Honestamente, porém, não olho para o céu noturno com tanta frequência. Recentemente me interessei, como amador, por algumas das estrelas que você pode ver a olho nu. Como a Estrela do Norte, Polaris, é uma variável Cefeida. Se você medir o período em que uma Cefeida está pulsando, poderá ver que ela fica mais brilhante e mais fraca ao longo de muitas noites, talvez até a olho nu.

Eu sei onde eles estão no céu, sim. As estrelas que orbitam são muito fracas para serem vistas a olho nu, mas ainda são brilhantes para os padrões astronômicos. Mesmo com um pequeno telescópio, você poderia vê-los.