A brasileira que estuda em instituto frequentado por Einstein nos EUA

O registro vem ajudando a ciência a entender melhor as origens e o funcionamento do cosmos. “Quase tudo o que a gente sabe sobre o universo vem da luz. Grande parte da astronomia é entender como a luz pode informar. Sua pode falar a temperatura de um objeto, sua velocidade e do que ele é feito”, diz Medeiros, que atua como pesquisadora do Instituto de Estudos Avançados de Princeton (IAS, na sigla em inglês), nos Estados Unidos.

O buraco negro da foto é o M87*, batizado por cientistas do Havaí como Pōwehi, que significa “fonte escura e embelezada de criação sem fim”. Ele fica a cerca de 55 milhões de anos-luz da Terra, e sua imagem foi captada em 2017 pelo projeto de colaboração internacional Event Horizon Telescope (EHT).

Mas a tarefa de registrar a imagem de um objeto cósmico tão grande e distante não é tão simples como apontar uma câmera em direção ao espaço. “Para fazer a imagem desse jeito, com essa resolução de um celular, a gente teria que ter um telescópio literalmente do tamanho da Terra”, explica Medeiros. “O que a gente usa é uma técnica chamada interferometria, em que vários telescópios espalhados pelo planeta, que funcionam como um time de telescópios, olham para o buraco negro no mesmo momento e coletam dados.”

Telescópios não buscam apenas imagens visíveis — eles podem observar ondas eletromagnéticas variadas. E as características delas, como o comprimento, são algumas das informações coletadas pelos diversos equipamentos espalhados pela Terra. Sobrepostos, esses dados permitem que se monte um quebra-cabeça cujo resultado foi, nesse caso, a foto do M87* divulgada em 2019.

“Cada telescópio coleta um pouquinho de informação sobre a imagem. Mas não temos telescópios suficientes para entender tudo. Tem informação faltando. O limite de resolução do telescópio, e da técnica usada para preencher as informações que estão faltando, é que cria esse efeito borrado na imagem”, resume Medeiros. Por isso, a equipe buscou uma maneira de tornar a foto mais nítida — o que envolve muita programação.

Embora tente desvendar os mistérios do universo, a rotina de uma cientista como Lia Medeiros tem mais telas de computador do que observação direta do espaço. “Grande parte do meu dia a dia é programação. Escrevo códigos em computadores gigantescos para simular buracos negros”, relata a brasileira.

Fora isso, o trabalho consiste em ler e escrever artigos científicos, como o que apresentou a nova resolução da imagem de M87*, fazer reuniões com colegas de trabalho e outros pesquisadores, além de ministrar e assistir a palestras. “Como em qualquer carreira, você tem que conviver com seus colegas. Porque a ciência é feita por humanos, e cada dia fica mais claro que você precisa de colaboração para fazer qualquer coisa. Tudo é um projeto de grupo. É raro ter alguém fazendo ciência completamente sozinho. Então, tem que fazer relacionamento, negociação, ter comprometimento”, resume.

A parte que envolve programação consiste em lógica e cálculo, ou seja, matemática. E essa sempre foi a paixão de Medeiros, que enxergou na disciplina uma linguagem universal. Nascida no Rio de Janeiro, ela viveu em diversas cidades brasileiras e diferentes países acompanhando o pai, professor de engenharia aeronáutica da Universidade de São Paulo (USP).

Vivendo a ciência dentro de casa, aproximou-se da astrofísica durante os últimos anos do ensino médio, nos Estados Unidos. “Foi quando percebi por que a matemática é universal. Para mim é inspirador pensar que nós, humanos, podemos usar matemática para entender o que está acontecendo no universo, para fazer previsões”, reflete.

Depois do colégio, a brasileira ingressou na Universidade da Califórnia em Berkeley, onde se graduou em física e astrofísica em 2013. Emendou mestrado e doutorado na Universidade da Califórnia em Santa Bárbara, em 2016 e 2019, respectivamente. Então se mudou para a costa leste do país norte-americano, para ingressar no IAS. O objetivo era estudar as teorias de Albert Einstein, e a instituição escolhida não foi à toa: o físico alemão trabalhou no instituto de Princeton em seus últimos anos de carreira.

A Teoria da Relatividade Geral proposta por Einstein basicamente descreve o efeito da força gravitacional no espaço. Publicada em 1915, quando ainda não existiam os sofisticados telescópios que temos hoje, ela já previa a existência de buracos negros. E não só isso: as equações possibilitam determinar as características desses objetos, como seu tamanho e formato.

“Grande parte do que fiz nos últimos anos foi focado em usar as imagens para testar a teoria de Einstein”, explica Medeiros. “Por exemplo, a gente usa o tamanho do círculo para testar se o buraco negro no espaço é consistente com o buraco negro específico previsto pela teoria. Até agora está tudo certo, tudo consistente com o que foi previsto. Einstein ainda está certo.”

Afirmar isso com segurança só é possível diante de uma foto de buraco negro com maior resolução. Partindo da premissa de que os algoritmos usados para gerar imagens de dados interferométricos precisam preencher a informação que está faltando, e que os algoritmos usados para gerar a imagem original não foram baseados em expectativas teóricas, Medeiros e sua equipe desenvolveram um novo algoritmo que usa aprendizado de máquina.

Ele se baseia em teorias existentes para preencher esses dados e atingir a resolução máxima do telescópio. “Com esse novo algoritmo, a gente está preenchendo lugares na imagem onde não há informação. Especificamente, ele está aprendendo como regiões próximas umas das outras estão relacionadas. E faz isso a partir de simulações”, explica a pesquisadora.

Embora surpreendente, a façanha científica de Lia Medeiros e equipe não representa um ponto final nas dúvidas sobre o funcionamento do universo. Ao contrário: é o ponto de partida para continuar testando e colocando à prova as teorias da física. “Eu espero sempre aprender mais sobre buracos negros, sobre o que acontece com a matéria que está em volta deles, como eles crescem e como são afetados pela galáxia”, conta a brasileira. “Para mim, ciência tem que ser assim: cada resultado gera novas questões e novas direções para entender o que está acontecendo.”