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Teoria dos buracos negros | Os mitos e verdades, o que é e como se forma um buraco negro

Muitas vezes são alvo de romances de ficção científica, os buracos negros (ou black holes em inglês) são objetos misteriosos que, embora sejam bem reais, têm uma certa mitologia que os rodeiam. Alguns desses mitos realmente surgem de algumas verdades científicas, enquanto outros são o resultado da imaginação alheia. Então, o que é fato e o que é ficção? De onde é que um buraco negro vêm afinal?

O que é um buraco negro?

Simplificando, um buraco negro é uma região do espaço que é tão densa que nem mesmo a luz pode escapar de sua superfície. No entanto, o fato é que muitas vezes levam a erros de compreensão. Os buracos negros, especificamente falando, não têm alcance gravitacional maior do que qualquer outra estrela da mesma massa.

A teoria dos buracos negros

Desse modo, se o nosso Sol, de repente se tornasse um buraco negro da mesma massa, o resto dos objetos, incluindo a Terra, não seria afetado gravitacionalmente. A Terra permaneceria em sua órbita atual, assim como o resto dos planetas. (É claro que outras coisas seriam afetadas, como a quantidade de luz e calor que a Terra recebe, ou seja nós ainda estaríamos em apuros, mas não seriamos sugados para dentro do buraco negro.)

Existe uma região de espaço em torno do buraco negro de onde a luz não pode escapar, daí que provém o nome buraco negro. O limite desta região é conhecida como o horizonte de eventos, e é definido como o ponto em que a velocidade de escape a partir do campo gravitacional é igual à velocidade da luz. O cálculo da distância radial a este limite pode tornar-se bastante complicado quando o buraco negro está em rotação ou está carregado.

Para o caso mais simples (o não rotativo, e carga do buraco negro neutro), toda a massa do buraco negro seria contida dentro do horizonte de eventos (um requisito necessário para todos os buracos negros). O raio do horizonte de eventos (Rs) seria então definida como R = \frac{2GM}{c2}.

Como é formado um buraco negro?

Ilustração de um buraco negro supermassivo - Como não podemos "ver" buracos negros não há fotografias deles

Ilustração de um buraco negro supermassivo – Como não podemos “ver” buracos negros não há fotografias deles

Essa é realmente uma questão um pouco complexa, pois existem diferentes tipos de buracos negros. O tipo mais comum de buracos negros são conhecidos como buracos negros de massa estelar como eles são aproximadamente algumas vezes a massa do nosso sol no máximo. Esse tipo de buracos negros se formam quando grandes estrelas de sequência principal (10 – 15 vezes a massa do nosso Sol) esgotam o combustível nuclear em seus núcleos. O resultado é uma explosão ou supernova em massa, deixando um buraco negro atrás de onde outrora existiu a estrela.

Os outros dois tipos de buracos negros são buracos negros supermassivos – buracos negros com massas milhões ou bilhões de vezes a massa do Sol, e os micro buracos negros, buracos negros com massas extremamente pequenas, talvez tão pequenas quanto 20 microgramas. Em ambos os casos, os mecanismos de sua criação não é totalmente claro ainda.

Micro buracos negros existem em teoria, mas não foram detectados diretamente. Enquanto os buracos negros supermassivos são encontrados nos núcleos da maioria das galáxias.

Embora seja possível que buracos negros supermassivos sejam o resultado da fusão de buracos negros menores, os buracos negros de massa estelar e outras matérias, é possível que eles se formam a partir do colapso de uma única  estrela de massa extremamente elevada. No entanto, nenhuma dessas estrelas já foram observadas.

Enquanto isso, os micro buracos negros seriam criados durante a colisão de duas partículas de energia muito alta. Pensa-se que isso acontece continuamente na atmosfera superior da Terra, e é provável que isso aconteça em experimentos de física de partículas, como os que ocorrem no CERN. Mas não precisa se preocupar, não estamos em perigo.

Como sabemos que buracos negros existem, se não podemos “vê-los”?

Como a luz não pode escapar da região em torno de um buraco negro e seu horizonte de eventos, não é possível “ver” diretamente um buraco negro. No entanto, é possível observar estes objetos através do seu efeito sobre o meio que o circula.

Os buracos negros que estão perto de outros objetos terão um efeito da gravidade sobre eles. Voltando ao exemplo anterior, suponha que o nosso Sol se tornou um buraco negro de uma massa solar. Um observador alienígena em algum outro lugar da galáxia estuda nosso sistema solar veria os planetas, cometas e asteroides que orbitam um ponto central. Eles deduziriam que os planetas e outros objetos foram presos em suas órbitas por um objeto de massa solar. Uma vez que eles não vêem como estrela, o objeto identificado como um buraco negro.

Simulação Buraco Negro

Uma simulação de uma lente gravitacional por um buraco negro, o que distorce a imagem de um galáxia em segundo plano

Outra forma que observamos os buracos negros é utilizando uma outra propriedade dos buracos negros, devido à gravidade intensa eles como todos os objetos maciços, fazem com que a luz se curve quando passa por eles. Como as estrelas por trás dos buracos negros se movem em relação a ele, a luz emitida por elas aparecerá distorcida, ou as estrelas parecem se mover de uma maneira incomum. A partir desta informação a posição e a massa do buraco negro pode ser determinada.

Existe outro tipo de sistema de buraco negro, conhecido como um microquasar. Esses objetos dinâmicos consistem de um buraco negro de massa estelar em um sistema binário com uma outra estrela, geralmente uma grande estrela de seqüência principal. Devido à imensa gravidade do buraco negro, a matéria da estrela companheira é canalizada fora em um disco ao redor do buraco negro. Este material, em seguida, se aquece à medida que começa a cair no buraco negro por meio de um processo chamado acreção. O resultado é a criação de raios-X que podem ser detectados por telescópios orbitando a Terra.

Radiação Hawking

A última maneira que poderíamos detectar um buraco negro é através de um mecanismo conhecido como radiação de Hawking. Nomeado em homenagem ao famoso físico teórico e cosmólogo Stephen Hawking, a radiação Hawking é uma conseqüência da termodinâmica, que decorre da fuga de energia de um buraco negro.

A idéia básica (talvez simplista) é que, devido às interações naturais e flutuações no vácuo (o próprio tecido do espaço-tempo, se você preferir), a matéria será criada na forma de um elétron e um anti-elétron (chamado de pósitron) . Quando isto ocorre perto do horizonte de eventos, uma partícula vai ser ejetada para longe do buraco negro, enquanto que o outro irá cair dentro do poço gravitacional.

Para um observador, tudo o que é “visto” é uma partícula ser emitida a partir do buraco negro. A partícula seria visto como tendo a energia positiva. Ou seja, por simetria, a partícula que caiu no buraco negro teria energia negativa. O resultado é que, com o tempo buracos negros perdem energia e portanto, perdem massa (segundo famosa equação de Einstein E = {mc}^{2}). Devido a esse fato, nota-se que os buracos negros acabam por se deteriorar completamente a menos que mais de massa seja adicionada. E é este mesmo fenômeno que é responsável pelas vidas curtas que se supostamente os micro buracos negros teriam.

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Escrito por Equipe de Redação Ciências e Tecnologia

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