Profissão

‘Diante de uma grande pergunta, não tem cronograma até a descoberta’

Foto: Divulgação

Conheça a história da astrofísica Marcelle Soares-Santos, que nasceu no Espírito Santo, virou professora universitária nos Estados Unidos e hoje dedica seus dias a ajudar a solucionar o maior mistério do Universo

A física sabe muito sobre o Universo. Ela teorizou e depois encontrou em laboratório todas as minúsculas subpartículas que formam as partículas que compõem os átomos de toda a matéria que existe; desvendou as forças que mantêm tudo isso existindo; enxergou momentos depois da imensa explosão que gerou essa existência. E, no entanto, tudo isso que a física sabe, por mais impressionante que seja, não dá conta de explicar 5% de tudo que existe. Os 95% restantes são puro mistério – é aquilo que os cientistas chamam de “energia escura”.

E eles chamam essa energia de “escura” porque pegaria mal dizer que eles não têm a mínima ideia do que seja. O que se sabe é que o Universo está expandindo cada vez mais rápido, e que as coisas não deveriam acelerar sozinhas. Se está acelerando, é porque tem alguma coisa empurrando: é isso a tal energia escura. Difícil discordar de que se trate, ao menos em termos quantitativos, do maior mistério do Universo.

Pois é a esse mistério que a astrofísica capixaba Marcelle Soares-Santos dedica seus dias de trabalho. Professora da Universidade Brandeis, em Massachusetts, Estados Unidos, ela é uma das coordenadoras do grupo de mais de 400 cientistas que não tiram o olho do céu, em busca de pistas que forneçam uma resposta para essa pergunta imensa. Em 2017, Marcelle fez parte do grupo experimental que registrou pela primeira vez as ondas gravitacionais geradas pelo estrondoso choque entre duas estrelas de nêutrons. Esse feito lhe valeu a prestigiosa Bolsa Sloan para cientistas em começo de carreira – tão prestigiosa que 47 dos seus recipientes acabariam ganhando o Nobel bem mais tarde em suas vidas.

Cientistas do Brasil

Quem: Marcelle Soares-Santos, 38 anos

O quê: astrofísica, procura peças no quebra-cabeças da energia escura

Onde: num telescópio nas montanhas do Chile e na Universidade Brandeis, em Massachusetts

Como: medindo aglomerados de galáxias e observando o que acontece quando uma estrela de nêutron bate num buraco negro

Esta entrevista é a décima da série do NexoCientistas do Brasil que você precisa conhecer, ontem e hoje”. O projeto tem duas frentes: uma traz 12 vídeos com a minibiografia de pesquisadores que marcaram a história. A outra traz 12 entrevistas em texto na seção “Profissões” – conversas conduzidas pelo jornalista Denis R. Burgierman com cientistas brasileiros em atuação hoje no mundo. São pesquisadores de áreas como ciências da vida, geociências, física, química, ciência da computação e matemática, que vêm tendo o reconhecimento de seus pares e trabalham em linhas de atuação promissoras. O projeto tem o apoio do Instituto Serrapilheira.

Começo sempre com a mesma pergunta: o que é que você está tentando descobrir?

Marcelle Soares-Santos Minha pergunta é: “o que é a energia escura?”. O que é que está acelerando a expansão do Universo? A gente sabe que o Universo é dominado por essa energia, mas ela é um mistério: não sabemos de onde vem, nem como vai evoluir à medida em que o Universo expande.

A gente sabe que ela existe e que é relevante, mas não tem ideia do que seja?

Marcelle Soares-Santos Sim. Sabemos que tem alguma coisa acelerando a expansão do Universo, mas ninguém sabe o que é, nem como se manifesta em níveis microscópicos.

Ou seja, a física construiu um modelo fantástico, cheio de detalhes sobre as leis que regem o mundo…

Marcelle Soares-Santos Mas esse modelo é incompleto. O Modelo Padrão, de física de partículas, explica muito bem as partículas elementares da matéria e como elas interagem, as forças entre elas. Mas, quando olhamos para a escala do Universo como um todo, a aceleração da expansão ainda é um mistério.

Como a gente sabe que a energia escura existe?

Marcelle Soares-Santos Quando a gente observa objetos distantes, que têm luminosidade conhecida, com telescópios, o brilho deles parece ser mais fraco do que deveria. A única explicação possível para isso é que, ao longo desses bilhões de anos, o Universo não só está expandindo, mas está expandindo cada vez mais rápido. É uma expansão acelerada. Significa que a energia impulsionando essa expansão não pode ser só a do Big Bang – tem alguma outra coisa empurrando. É isso que chamamos de energia escura: “escura” quer dizer “invisível”.

A gente não sabe o que é, então batizamos de “energia escura”. E seu trabalho é justamente ajudar a descobrir o que é.

Marcelle Soares-Santos Exatamente.

E como você faz isso?

Marcelle Soares-Santos Os métodos que a gente usa incluem observações de categorias diferentes de objetos. Nossa equipe se dedica a duas dessas categorias: os aglomerados de galáxias e os eventos que produzem ondas gravitacionais, algo que só conseguimos observar pela primeira vez muito recentemente. Aglomerados de galáxias são amontoados de centenas ou até centenas de milhares de galáxias. E a energia escura inibe o crescimento deles.

Por que ela está espalhando as galáxias?

Marcelle Soares-Santos Exatamente. Elas tendem a se aproximar, por causa da gravidade, mas a expansão faz com que elas se afastem. No final, o número de grandes estruturas – aglomerados – vai ser menor do que se a energia escura não estivesse lá. Então esse é um jeito de detectá-la. O que a gente faz é um levantamento de uma área grande do céu, detecta os aglomerados e mede a massa deles, para determinar a taxa de crescimento dessas massas, ao longo de bilhões e bilhões de anos. Essa é uma das duas abordagens aqui. A outra é um novo método que estamos desenvolvendo, que tem a ver com as ondas gravitacionais, uma estratégia totalmente diferente, mas complementar. Ondas gravitacionais surgem quando duas estrelas de nêutrons, ou uma estrela de nêutrons e um buraco negro, colidem…

Duas coisas muito massivas…

Marcelle Soares-Santos Muito massivas, mas ao mesmo tempo muito compactas. Uma estrela de nêutrons tem a massa aproximada do Sol concentrada numa esfera que caberia dentro da cidade de São Paulo. E o buraco negro é ainda mais compacto. Esses objetos, quando entram num sistema binário, girando um ao redor do outro, eles acabam colidindo. E, quando isso acontece, é um choque imenso, e acontece uma emissão muito grande de ondas gravitacionais. A gente já sabia disso em teoria desde que Albert Einstein formulou a relatividade geral [em 1915]. Mas, na prática, só desde 2015 a gente tem tecnologia suficiente para detectar essas ondas, que nos permitem calcular a distância entre esses objetos e, assim, mapear a taxa de expansão do Universo. Depois que as ondas gravitacionais são detectadas, apontamos os telescópios para a mesma área do céu, em busca da contrapartida luminosa dessas grandes colisões. Essa é uma técnica nova, que está bem promissora, e deve trazer muitos dados que vão melhorar nosso mapeamento das distâncias e das velocidades de expansão no Universo.

E vocês já encontraram uma colisão dessas?

Marcelle Soares-Santos Ah, sim, em 2017, foi fantástico. Quando aconteceu a primeira detecção de duas estrelas de nêutrons em colisão, meu grupo liderou a busca pelo que chamamos de “contrapartida óptica”. Apontamos o telescópio para aquela região do céu, identificamos a colisão e estudamos em detalhes o que está acontecendo.

E o que você acha que a energia escura é?

Marcelle Soares-Santos É difícil dizer o que é antes de fazer o experimento. Há duas teorias principais colocadas. Pode ser que ela seja uma “constante cosmológica”, também uma ideia sugerida pela primeira vez por Einstein. Imagine que, num espaço vazio, vácuo absoluto, há uma quantidade de energia, que a gente não detecta, mas que está em tudo, e é o que faz o Universo expandir de maneira acelerada. Se isso for verdade, a energia escura tem que ser constante em todas as épocas da expansão do Universo, em todos os lugares. Outra possibilidade é que ela seja uma espécie de fluido, que alguns chamam de “quintessência”, que permeia todo o Universo e vai se diluindo à medida em que o Universo expande. Se for mesmo esse o caso, essa aceleração vai começar a diminuir e vai parar com o tempo. Existem algumas teorias um pouco mais exóticas, por exemplo a de que se trata mesmo de uma quinta força, que está fora do Modelo Padrão. Eu acho provável que seja mesmo a constante cosmológica de Einstein, mas só as observações do grupo vão dar a resposta.

E que grupo é esse do qual você faz parte?

Marcelle Soares-Santos Eu trabalho numa colaboração grande, que se chama Dark Energy Survey, e envolve 400 pesquisadores, de 25 instituições do mundo todo, inclusive no Brasil – Unicamp [Universidade Estadual de Campinas], Laboratório Nacional do Rio, Federal do Rio Grande do Sul. Ela foi formada para detectar energia escura através de observações de muitas categorias de objetos. Mencionei as duas que uso – ondas gravitacionais e conglomerados de galáxias –, mas tem colegas observando supernovas, quasares e muitas outras coisas. É um esforço combinado: estamos organizados em subgrupos, cada um monitorando algo.

E essa resposta está logo aí na esquina ou ela necessariamente vai levar muitos e muitos anos?

Marcelle Soares-Santos [Sorri.] Essa não vai ser uma jornada curta, não – é um processo que vai levar bastante tempo.

Tipo sua carreira toda?

Marcelle Soares-Santos Este projeto atual vai levar mais uns três anos, aproximadamente. Mas já estamos pensando na próxima geração de experimentos, que devem durar a próxima década, até 2028 ou 2029, para dar mais um passo. Quando você está diante de uma pergunta científica tão grande, não tem como ter um cronograma preciso até a descoberta. O que você faz é planejar projetos de duração de cinco a dez anos, para ir avançando. A resposta final é difícil de prever quando virá.

Ainda mais quando você não sabe o que está procurando.

Marcelle Soares-Santos Exatamente. É provável que a gente ainda fale da energia escura como um mistério por muitos anos. Não é um problema trivial. Mas com certeza vamos progredir a passos largos, com todos esses experimentos sendo feitos em paralelo, com muita gente boa. E sempre pode haver uma surpresa, e a resposta aparece.

E o que vocês vão fazer diferente nessa próxima etapa?

Marcelle Soares-Santos A próxima geração de experimentos vai usar um telescópio novo, o LSST [em português, Grande Telescópico de Levantamento Sinóptico, sendo que “sinóptico” significa algo que dê a visão do todo], nas montanhas do Chile, uma versão aumentada e melhorada do que temos hoje. Nosso telescópio atual tem um espelho de quatro metros e uma câmera de 500 megapixel. O novo terá um espelho duas vezes maior e uma câmera com mais de três gigapixel, seis vezes mais. Significa que todo o trabalho que fazemos vai ganhar uma precisão muito maior.

E você passa boa parte do seu tempo no telescópio lá no Chile?

Marcelle Soares-Santos Agora estou numa fase da carreira em que não vou mais tanto, meus alunos vão mais, porque sou professora na universidade e tenho aulas e outros compromissos em Boston. Mas vou sim pelo menos uma vez ao ano. No passado eu passava até quatro meses no Chile por ano, fazendo observações. Agora é mais coordenar o esforço de análise e orientar estudantes e pós-docs que estão fazendo observações.

E como você chegou aí? De onde você veio?

Marcelle Soares-Santos Eu sou de Vitória, Espírito Santo. Fiz graduação em física na Ufes [Universidade Federal do Espírito Santo], e depois mestrado e doutorado no Instituto de Astronomia da Universidade de São Paulo. Minha transição para vir para os Estados Unidos aconteceu quando, lá pela metade do meu doutorado, fui para o Fermilab [laboratório federal perto de Chicago, que abriga o segundo maior acelerador de partículas do mundo], com uma bolsa, e passei um ano. Voltei ao Brasil apaixonada pelo problema da energia escura. Depois que terminei o doutorado, voltei para o Fermilab com um pós-doc e passei quase cinco anos em Chicago. Fui promovida para uma vaga permanente lá em 2014 e, em 2017, fui contratada aqui na Universidade Brandeis.

E por que você resolveu fazer física?

Marcelle Soares-Santos Ah… Acho que eu sempre fui muito curiosa, nunca saí da fase dos “porquês”. Eu nem sabia o que era física, mas eu sabia que queria trabalhar entendendo o mundo. Quando eu estava terminando o ensino fundamental, descobri que a física era a minha casa.

O que seus pais faziam?

Marcelle Soares-Santos Meu pai, agora aposentado, é técnico de eletrônica, trabalhava numa companhia mineradora, com manutenção das máquinas. Minha mãe é dona de casa.

Nenhum dos dois foi para a universidade.

Marcelle Soares-Santos Não. Depois de mim, meus irmãos, que são mais novos, também fizeram universidade – minha irmã é economista, meu irmão engenheiro de petróleo.

Você estudou em escola pública ou privada?

Marcelle Soares-Santos Dos quatro aos 14 anos eu morei na Serra dos Carajás, no Pará, onde meu pai trabalhava. Lá estudei numa escola particular. Quando meu pai se aposentou e voltei para Vitória, estudei numa escola técnica, pública, que foi uma experiência excepcional. Na época eu já queria fazer física, fiz curso técnico de eletrotécnica. Foi importante frequentar laboratórios desde cedo. Outra coisa que teve um impacto forte para mim foi esse caráter profissionalizante da escola. Apesar de eu não ter entrado na profissão, essa característica fez com que eu fosse tratada mais como adulta – acho que isso cria um senso maior de responsabilidade e de iniciativa que é muito útil para quem vai seguir o caminho acadêmico.

E como surgiu a oportunidade de ir ao Fermilab?

Marcelle Soares-Santos Fui para lá com uma bolsa sanduíche, no meio do meu doutorado. Um pesquisador do Fermilab tinha ido ao Brasil dar uma palestra numa escola de verão e eu participei. Achei o tópico fascinante e fiquei com vontade de trabalhar com essa pessoa.

O tópico já era energia escura?

Marcelle Soares-Santos Era aglomerados de galáxias. Estudei as propriedades físicas dessas estruturas.

E como apareceu a oportunidade de ficar aí trabalhando nos Estados Unidos?

Marcelle Soares-Santos O que foi crucial é que comecei a participar da colaboração do Dark Energy Survey. Na época, o projeto estava no começo, fui aos primeiros encontros, ajudei a desenvolver os métodos, comecei a apresentar resultados do que eu estava fazendo e isso foi gerando oportunidades. Fui entrando em contato com professores de universidades americanas, europeias, que estavam procurando gente para trabalhar nesses grupos. Isso foi muito importante porque é difícil concorrer no escuro, sem ter nenhum contato.

E hoje você faz parte da coordenação do grupo?

Marcelle Soares-Santos Sim. Essas colaborações geralmente são organizadas assim: tem uma pessoa que é o porta-voz do grupo. E tem grupos de trabalho: conglomerados de galáxias é um, supernovas é outro, cada um deles tem um coordenador, responsável por organizar as atividades. Eu coordeno o grupo de ondas gravitacionais e também faço parte do de aglomerados de galáxias.

Imagino que você esteja acompanhando também as notícias sobre a ciência brasileira. Você está preocupada com isso?

Marcelle Soares-Santos É preocupante, sim. Para mim, que fiz toda minha educação no Brasil, em instituições públicas, é triste saber de tantos cortes. É difícil, estando aqui, fazer uma crítica mais profunda – não estou sentindo diretamente essa experiência no dia a dia. Mas dá para ver, não só pelo noticiário, mas pelas conversas com colegas com quem colaboro, que o impacto dessas políticas atuais está sendo muito negativo. No longo prazo, espero que a comunidade consiga se recuperar. Acho que consegue.

Quando você compara sua expectativa quando entrou na carreira com a realidade na qual você vive hoje, o que mudou?

Marcelle Soares-Santos Uma coisa que acho que afeta muita gente é que, no começo da carreira acadêmica, tem um foco grande em definir o que eu vou fazer, qual é o meu projeto, meu código, meu método, meu experimento. A gente quer virar o especialista naquela sub-sub-área. Só muito depois na minha carreira, fui entender que é importante dar um passo atrás e olhar de maneira mais geral, para abraçar oportunidades científicas que não estavam no seu escopo. No meu caso, um exemplo disso foi essa decisão de expandir meu programa de pesquisa para a área de ondas gravitacionais. Até aquele momento eu era uma especialista em aglomerados. Expandir para uma área diferente foi algo que eu não havia previsto e que me trouxe outra comunidade, outros métodos de observação, outros desafios.

O que motiva você?

Marcelle Soares-Santos Tentar entender o que é a tal da energia escura. Enquanto houver uma pergunta sem resposta, vou estar motivada.

Qual é a melhor parte de ser astrofísica?

Marcelle Soares-Santos É poder trabalhar num tópico tão fascinante, com colegas tão interessantes. Este ambiente nosso é muito intelectualmente estimulante – é um privilégio ser tão desafiado a colocar sua energia naquele trabalho. Não é só uma coisa que você faz para pagar as contas no final do mês.

E a grande dificuldade?

Marcelle Soares-Santos É um campo bem competitivo, então é difícil se estabelecer e se manter. Por isso, tem um nível de estresse grande.

E você tem algum conselho para quem quer seguir o mesmo caminho que você?

Marcelle Soares-Santos Aconselho buscar uma base forte em física, independentemente de qual sub-área você vai trabalhar. Você só vai descobrir sua área se tiver uma visão geral. Outro conselho é buscar oportunidades de aprender na prática: projetos no laboratório, astronomia observacional, ou algum trabalho computacional. É a chance de botar a mão na massa e descobrir se aquele é seu caminho. Também é importante aprender a cultivar uma rede de relações, com professores, com colegas. Muitas vezes é por aí que aparecem oportunidades de palestras, de bolsas, de empregos.

Como é sua rede aí? Tem muitos brasileiros, tem quase só americanos?

Marcelle Soares-Santos Tenho amigos do mundo todo, na verdade. Essa comunidade é muito internacional, tem gente de todo lugar.

Se o Dark Energy Survey conseguir responder aquela pergunta, essa rede no ano seguinte é supercandidata ao Nobel de Física, não é?

Marcelle Soares-Santos Se alguém der uma resposta definitiva, é um candidato sério a um prêmio desse tipo.

Bom, obrigado pela entrevista. Fico esperando pelo seu Nobel.

Marcelle Soares-Santos [Risos.] Pode esperar sentado.

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