Buracos Negros - Mistérios da Astronomia
[Buracos Negros - Mistérios da Astronomia].
Vistas de longe, estrelas parecem pequenos pontos de luz.
Mas de perto, elas são imensas bolas de gás flamejante em combustão.
Esta forma, que tanto impressiona,não durará para sempre.
Eventualmente, a fusão nuclear que gera a energia da estrela, queimará todo o seu combustível.
A gravidade então colapsará a massa restante.
Para estrelas muito grandes, o que acontece em seguida é uma mostra de extremos.
Primeiro, a estrela explode como uma supernova, espalhando grande parte da sua matéria pelo universo.
Por um breve momento, a estrela que morre ofusca toda a sua galáxia.
Uma vez que a luz se extingue e a escuridão retorna, a matéria restante forma um objeto tão denso que qualquer coisa que se aproxime desaparecerá completamente de vista.
ISSO é um buraco negro...
A ideia do buraco negro se originou há centenas de anos.
Em 1687, Isaac Newton publicou seu trabalho fundamental conhecido como Principia.
Neste livro, ele detalhou suas três leis e a lei da gravitação universal.
Usando um experimento mental que envolvia um canhão colocado em cima de uma montanha muito alta, Newton desenvolveu a noção de velocidade de escape.
A velocidade de escape é a velocidade necessária para se livrar de um campo gravitacional.
Em 1783, John Michell um clérigo Inglês, descobriu que uma estrela 500 vezes maior do que o nosso Sol teria uma velocidade de escape maior do que a velocidade da luz.
Ele chamou estas estrelas gigantes de “estrelas escuras” pois não emitiam luz estelar.
Esta ideia ficou adormecida por mais de um século.
Foi então, no início do século 20 que Albert Einstein desenvolveu duas teorias de relatividade que mudaram nossa visão de espaço e tempo: a relatividade restrita e a relatividade geral.
A teoria da relatividade restrita é conhecida pela famosa equação E=mc2.
A teoria da relatividade geral nos mostrou toda uma nova forma de ver a gravidade.
De acordo com a teoria da relatividade geral, a matéria e energia curvam o espaço e o tempo à sua volta.
Por conta disso, objetos que viajam perto de uma grande massa parecerão mover-se em uma trajetoria curva, por conta da distorção de espaço-tempo.
Chamamos isso de gravidade.
Uma das consequências desta ideia é de que a luz também é afetada pela gravidade.
Afinal de contas, se o espaço-tempo é curvo, então tudo precisa seguir o trajeto curvo, inclusive a luz.
Einstein publicou a sua teoria da relatividade geral em 1915.
Enquanto a teoria gravitacional de Newton podia ser expressada através de uma fórmula simples, a teoria de Einstein precisava de um grupo de equações complexas conhecidas como “equações de campo de Einstein”.
Alguns meses depois de Einstein ter publicado sua teoria, um cientista Alemão, Karl Schwarzschild encontrou uma solução surpreendente.
De acordo com as equações de Einstein, uma bola de matéria extremamente densa causa uma região esférica no espaço de onde nada escapa, nem mesmo a luz.
Um resultado interessante, mas seria possível algo assim existir realmente?
A princípio, essa ideia de uma esfera negra no espaço de onde nada escapa, foi considerada puramente um resultado matemático, que não chegaria realmente a ocorrer.
Mas décadas se passaram e o nosso entendimento sobre o ciclo de vida estelar se expandiu.
Foi observado que algumas estrelas que estavam morrendo viravam pulsares (outro objeto exótico que foi previsto em teoria).
Isto sugeriu que “estrelas escuras” também poderiam existir.
Essas estranhas esferas foram chamadas de “buracos negros” e cientistas começaram o árduo trabalho de encontrá-los, descrevê-los e entender como são criados.
Mas como se encontra um objeto que é completamente negro no espaço?
Por sorte, por terem muita massa, buracos negros também têm um grande campo gravitacional.
Apesar de não conseguirmos VER um buraco negro, podemos observar a sua gravidade puxando o que está ao seu redor.
Com isso em mente, astrônomos começaram a procurar por lugares onde uma estrela visível e um buraco negro estivessem próximos um do outro.
Um lugar do gênero seria ao redor de estrelas binárias.
Uma estrela binária é um sistema de duas estrelas orbitando uma a outra.
É possível encontrá-las de várias maneiras.
Podemos procurar por estrelas que mudam de posição continuamente de maneira sutil.
Ou, se observarmos estrelas binárias pela lateral, a intensidade do brilho mudará quando uma estrela passar por trás da outra.
É possível que em algum lugar no espaço exista uma estrela binária que consista de um buraco negro e uma estrela visível.
De fato, alguns sistemas binários desse tipo têm sido observados!
Astrônomos encontraram estrelas orbitando um companheiro invisível.
Pelo tamanho da estrela e da sua órbita, eles conseguiram calcular a massa do companheiro invisível.
E se encaixou perfeitamente com o perfil de um buraco negro.
Como não podemos ver um buraco negro, existe alguma maneira de medir o seu tamanho?
Graças as equações de campo de Einstein, sabemos que através da massa do buraco negro podemos determinar o tamanho da esfera que separa a região do ponto de não-retorno, do resto do espaço.
O raio dessa esfera é chamado de raio de Schwarzschild, em homenagem a Karl Schwarzschild.
A superfície dessa esfera é chamada de horizonte de eventos.
Se algo cruzar o horizonte de eventos, desaparecerá para sempre - se escondendo do restante do universo.
Isso quer dizer que uma vez computada a massa do buraco negro, é possível calcular o seu tamanho usando uma fórmula simples.
E é bem fácil calcular a massa de um buraco negro.
É só pegarmos uma sonda espacial e colocá-la dentro da órbita- ao redor do buraco negro.
Assim como qualquer outro sistema orbital de corpos celestes - como a Terra orbitando o Sol, ou a Lua orbitando a Terra - o tamanho e o período da órbita nos dirão o tamanho do buraco negro.
Se você não tiver uma sonda espacial a disposição, então é só calcular a órbita e a massa de uma estrela que orbita um buraco negro e usar essa informação para calcular o raio de Schwarzschild.
Buracos negros vêm em tamanhos diversos.
Se ele tiver surgido a partir de uma estrela no fim de sua vida, o chamaremos de buraco negro estelar, porque sua massa estará no mesmo âmbito das massas estelares.
Mas podemos chegar a algo maior - BEM maior.
E pra fazer isso, iremos ao centro da galáxia.
Galáxias podem conter bilhões e bilhões de estrelas, todas orbitando um ponto central.
Os cientistas hoje acreditam que no centro de quase todas as galáxias, exista um buraco negro ao qual se referem como “buraco negro supermassivo”, devido a sua imensa massa.
O tamanho pode variar de centenas de milhares a bilhões de massas solares.
No centro da nossa própria galáxia, a Via Láctea por exemplo, existe um buraco negro supermassivo com uma massa de 4 milhões de vezes o tamanho do nosso Sol.
Buracos negros têm outra propriedade que podemos medir - a rotação.
Assim como planetas, estrelas também rotam.
Estrelas diferentes têm tempos diferentes de rotação.
Imaginemos poder ajustar o tamanho da estrela, mas a massa permanecerá constante.
Se aumentarmos o raio, a rotação se torna mais lenta…
Se diminuirmos o tamanho, a rotação fica mais rápida.
Mas enquanto a velocidade rotacional varia, o momento angular nunca muda - permanece constante.
Mesmo que a estrela acabe colapsando e formando um buraco negro, ainda assim terá momento angular.
Poderíamos medir o momento angular lançando duas sondas em órbitas opostas próximas ao buraco negro.
Por conta do seu momento angular, buracos negros criam uma corrente em rotação no espaço-tempo.
A sonda que estiver navegando a favor da corrente viajará mais depressa do que a que estiver lutando contra a corrente, e ao medir a diferença em seus períodos orbitais, podemos calcular o momento angular do buraco negro.
Essa corrente de espaço-tempo é tão extrema que cria uma região chamada de ergosfera, onde nada, nem mesmo a luz, pode superá-la.
Dentro da ergosfera, nada fica em repouso.
Tudo dentro dessa região é arrastado através do espaço-tempo.
O horizonte de eventos cabe dentro da ergosfera e eles se tocam nos polos.
Então, de alguma forma, buracos negros são como um redemoinho de espaço-tempo.
Uma vez dentro da ergosfera, se está pego pela corrente.
E depois de cruzar o horizonte de eventos, se desaparece.
Uma propriedade final dos buracos negros que podemos medir é a carga elétrica.
Enquanto a maioria da massa nas coisas do nosso dia-a-dia não contêm carga, um buraco negro pode ter carga positiva ou negativa.
Isso pode ser medido facilmente observando com quanta força um buraco negro puxa um ímã.
Mas buracos negros de carga não são previstos para existirem na natureza.
Se pensa assim porque o universo é cheio de partículas carregadas, portanto um buraco negro carregado atrairia partículas de cargas opostas e neutralizaria as cargas de maneira geral.
As 3 propriedades fundamentais de buracos negros, que podemos medir são: massa, momento angular, e carga elétrica.
Se acredita que uma vez que se saibam estes três valores, seja possível descrever o buraco negro por completo.
Este resultado é chamado de “teorema da calvície”, já que além da massa, carga e momento angular, buracos negros não têm mais nenhuma característica que os distinga.
Não são loiros, morenos nem ruivos.
Agora temos uma boa ideia do que é um buraco negro do lado de fora, mas como é um buraco negro por dentro?
Infelizmente não temos como mandar uma sonda para dar uma olhada.
Uma vez que qualquer instrumento cruzar o ponto de não retorno, ele desaparecerá.
Mas não esqueça que temos as equações de campo de Einstein!
Se elas conseguem prever com sucesso o que acontece do lado de fora do buraco negro, podemos usá-las para prever o que acontece dentro.
Para resolver as equações de campo de Einstein, cientistas consideraram dois tipos de casos: buracos negros em rotação e buracos negros sem rotação.
Buracos negros sem rotação são mais simples e foram os primeiros a serem entendidos.
Neste caso, toda a massa dentro do buraco negro colapsa até um ponto único no seu centro, chamado de singularidade.
Neste ponto, o espaço-tempo é infinitamente distorcido.
Buracos negros em rotação têm um interior bem diferente.
Neste caso, a massa dentro do buraco negro continua a colapsar, mas devido a rotação ela acabará em um círculo, não num ponto único.
Este círculo não têm espessura e é chamado de círculo de singularidade.
Pesquisas sobre buracos negros continuam até hoje.
Esta é a primeira imagem de um buraco negro!
Este buraco negro são é centro da galáxia distante, Messier 87.
Este imagem foi gerada usando sinais de rádio detectados pelo telescópio gigante "Event Horizon".
Cientistas estão investigando a ideia de que buracos negros tenham aparecido logo após o Big Bang e a ideia de que eles possam conter pontes chamadas de “buracos de minhoca”, que conectam pontos distantes do nosso universo.
Sabemos muita coisa sobre buracos negros, mas há ainda muitos mistérios a serem desvendados.
É fato conhecido que todos os vídeos armazenados no YouTube são arquivados numa gama especial chamada vídeo-tempo.
Ao assistir um vídeo, ondas de energia navegam através do vídeo-tempo.
E quando você se inscreve num canal, isso cria um mini buraco negro.
Então se você se interessa por buracos negros, você sabe o que fazer…
