Buraco Negro
Buraco Negro
Buraco Negro é uma "coisa" que de negro tem tudo, mas de buraco não tem nada.
Buraco Negro é uma região do espaço onde o campo gravitacional é tão forte que nada sai dessa região, nem a luz; daí vermos negro naquela região. Matéria (massa) é que "produz" campo gravitacional a sua volta. Um campo gravitacional forte o suficiente para impedir que a luz escape pode ser produzido, teoricamente, por grandes quantidades de matéria ou matéria em altíssimas densidades.
Velocidade de Escape
Se atirarmos uma pedra para cima ela "sobe" e depois "desce", certo?
Errado!
Se atirarmos um corpo qualquer para cima com uma velocidade "muito" grande, esse corpo "sobe" e se livra do campo gravitacional da Terra, não mais "retornando" ao nosso planeta.
A velocidade mínima para isso acontecer é chamada de velocidade de escape. A velocidade de escape na superfície da Terra é 40.320 Km/h. Na superfície da Lua, onde a gravidade é mais fraca, é 8.568 Km/h, e na superfície gasosa do gigantesco Júpiter é 214.200 Km/h.
A velocidade da luz é aproximadamente 1.080.000.000 Km/h. Um buraco negro é um corpo que produz um campo gravitacional forte o suficiente para ter velocidade de escape superior à velocidade da luz.
A massa do Sol (0,2 X 10³¹Kg) é 333 mil vezes a massa da Terra e seu diâmetro (1,4 milhões de quilômetros) é mais de 100 vezes o diâmetro da Terra. Ele se transformaria em um buraco negro caso se contraísse a um diâmetro menor que 6 Km.
Detecção
Uma vez que nada sai de um buraco negro, nada de um buraco negro chega até nós. Resta-nos então observá-lo indiretamente, através de sua ação sobre sua vizinhança. "Vemos" um buraco negro observando "coisas" que o rodeiam sob a ação do seu campo gravitacional ou então que "caem" em sua direção, também sob a ação desse mesmo campo gravitacional.
A velocidade com que a matéria, a uma determinada distância de um corpo, o orbita, é proporcional à gravidade desse corpo. Mesmo sem vermos o corpo central podemos saber qual a sua massa se virmos e medirmos a velocidade de nuvens de gás e poeira que o orbitam, por exemplo.
Uma outra situação: se sob a ação da gravidade do corpo central, matéria "cai" em direção a ele, esse material enquanto vai "caindo" vai se comprimindo; por se comprimir vai se esquentando, e quanto mais quente fica, mais irradia… Também nesse caso, se medimos essa radiação, obtemos informações sobre o corpo central.
Buracos Negros Super Massivos
Em 1994, astrônomos que trabalhavam com o Telescópio Espacial Hubble, não apenas obtiveram fortes indícios da presença de um buraco negro no centro de uma galáxia espiral, como também mediram a sua massa. Através de um efeito bem conhecido da física (Efeito Doppler) foi possível medir a velocidade de gás e poeira girando em torno do centro da galáxia M87.
Pelo desvio das linhas espectrais da radiação emitida por esse material, chegou-se à conclusão que ele gira em torno do núcleo de M87 com uma velocidade muito grande. Para manter esse material com uma velocidade tão grande é preciso uma massa central também muito grande. Uma quantidade tão grande de massa no volume interno à órbita do material que o circula só pode ser um buraco negro. A massa deste buraco negro foi estimada em 3 bilhões de massas solares.
Posteriormente foram obtidos indícios de outros buracos negros no centro de outras galáxias. A tabela abaixo nos apresenta 17 galáxias que atualmente suspeitamos possuírem buracos negros supermassivos em seus centros. Também é apresentada a massa estimada desses buracos negros.
Nome da Galáxia |
Massa do Buraco Negro (Sol=1) |
Hoje acreditamos ser possível que toda grande galáxia tenha um buraco negro, de massa equivalente a milhões ou bilhões de estrelas, em seu centro. Esses buracos negros podem ter se formado no universo primitivo, a partir de gigantescas nuvens de gás ou então depois das galáxias já formadas, a partir do "colápso" de imensos aglomerados estelares.
Buracos Negros Estelares
Antes da fantástica descoberta acima descrita a procura por buracos negros no universo se concentrava principalmente na possível detecção de objetos muito compactos com massa algumas poucas vezes maior que a massa do Sol e que estariam espalhados nas galáxias.
Desde 1939 acreditamos que, em seu processo evolutivo, uma estrela de massa maior que 3,2 vezes a massa do Sol, quando acaba o seu combustível, pode "desabar sob seu próprio peso". Essa estrela pode se contrair tanto que dê origem a um campo gravitacional forte o suficiente para impedir que a luz escape de suas proximidades. Um buraco negro!
Se um buraco negro desses estiver envolto por uma nuvem de gás e poeira ou se tiver uma estrela por companheira, pode ser que tenhamos matéria dessa nuvem ou dessa estrela "caindo" no buraco negro e então irradiando (principalmente na frequência de raio X). Um número considerável de estrelas da nossa galáxia forma sistemas duplos. É possível então que tenhamos vários buracos negros cabíveis de serem detectados através dessa radiação.
Cygnus X-1 é uma "fonte de raios X", companheira de uma estrela de massa aproximadamente 30 vezes a do Sol (HDE 226868) e é um dos mais fortes candidatos a buraco negro conhecido.
A tabela abaixo nos apresenta 8 estrelas que acreditamos possam ser companheiras de buracos negros. Também é apresentada a massa estimada desses buracos negros.
Nome da Estrela |
Massa do Buraco Negro (Sol=1) |
Uma Nova Classe de Buracos Negros
Em abril passado astrônomos da NASA e da Carnegie Mellon University comunicaram haver obtido, separadamente, evidências da existência de buracos negros de massas variando entre 100 e 10.000 massas solares, nos centros de algumas galáxias.
Os astrônomos da NASA obtiveram tal evidência estudando raios X emitidos por 39 galáxias próximas à nossa. NGC 4945, uma galáxia espiral muito parecida com a Via Láctea (nossa galáxia), é uma dessas. Os astrônomos da Carnegie Mellon University chegaram à mesma evidência estudando raios X provenientes de M82.
Têm sido elaboradas teorias procurando entender a origem dessses buracos negros "meio pesados".
Mini Buracos Negros?
Vale a pena lembrar que muitos astrônomos e físicos acreditam na existência de mini buracos negros que teriam sua origem nos primórdios do universo.
Alguns procuram explicar a explosão que ocorreu sobre o rio Tunguska na Sibéria em 1908 e destruiu mais de 2.150 quilômetros quadrados de densa floresta, à colisão de um desses mini buracos negros com a Terra.
Fonte: www.observatorio.ufmg.br
Buraco-Negro
Imagine uma região do espaço onde a matéria se concentra. Sabemos que matéria atrai matéria, logo esta concentração cria um campo gravitacional intenso que irá atrair mais matéria, aumentando o campo gravitacional e atraindo mais matéria. Se a matéria estiver disponível em grande quantidade, a concentração irá aumentando exponencialmente. A compressão desta matéria irá formar uma estrela que empurra a matéria para fora até esgotar seu combustível, quando a estrela colapsa, seu campo gravitacional vence a batalha e atrai mais matéria, num vórtice alucinante: a estrela desmorona sobre si mesma. Ao atingir uma massa crítica a estrela "desaparece"! É que seu campo gravitacional se tornou tão forte que a própria luz não consegue escapar! Acaba de se formar um buraco negro.
Além de uma linha teórica limite, chamada de horizonte de eventos, nada mais pode ser detectado. Apesar de não ser mais visto, ele continua a devorar matéria. Os únicos indícios de sua presença são as reações extremas da matéria que tenta fugir a este destino, gerando reações de alto brilho ou emitindo radiações de alta energia, como ondas de rádio e raios X, e o desvio da luz circundante que é distorcida por seu campo gravitacional.
Segundo Albert Einstein o centro do buraco negro é uma "singularidade", um ponto do universo onde o volume tende a zero, enquanto a densidade tende para o infinito. Este panorama é completamente teórico, imaginado pelos cosmologistas para tentar explicar alguns eventos detectados no universo. A idéia que a luz poderia ser atraída por ação gravitacional foi sugerida por John Michell (1724-1793) e posteriormente examinada por Pierre-Simon Laplace (1749-1827). Este fenômeno foi posteriormente teorizado por Albert Einsten e confirmado, na prática, durante um eclipse total do Sol observado do norte do Brasil, em 1919. Ambos sugeriram que se a luz fosse atraída por um corpo suficientemente massivo, ela não poderia escapar. O astrônomo alemão Karl Schwarzschild, em 1916 previu a existência de estrelas colapsadas que não emitiriam radiação, e calculou o raio do horizonte de eventos, que hoje chamamos de raio de Schwarzschild. Para termos um buraco negro, uma estrela com dez vezes a massa do Sol precisaria ter sua matéria aglutinada em um raio de aproximadamente 30 quilômetros.
Apesar de teórico, seu modelo matemático é perfeitamente plausível, por este motivo sua existência já é tida quase como uma certeza. Várias tentativas foram feitas para provar sua existência, mas acabam esbarrando no horizonte de eventos. Um campo gravitacional tão forte altera as características do espaço-tempo, uma concepção einsteniana da dualidade do espaço e do tempo, e, a partir deste ponto, nossa matemática tem de ser revista, para atender a parâmetros de difícil entendimento e visualização, como o aumento exponencial do número de dimensões.
Algumas perguntas ficam no ar, quando imaginamos o que está ocorrendo no interior do horizonte de eventos. Existe um limite onde o buraco negro pararia de crescer? Para onde vai toda aquela matéria? Existe matéria como a que conhecemos no interior do buraco negro? Se o tempo é alterado ele poderia ser parado, acelerado ou talvez "invertido"? Poderia existir um buraco branco, o "anti-buraco negro", que despejaria esta matéria em outro ponto do universo? Onde poderia acontecer este fenômeno: em regiões distantes do buraco negro? A matéria poderia ser transferida através de um universo paralelo? Em que época? No passado ou no futuro? Não sabemos. Quanto mais estudamos o problema mais modelos teóricos, cada vez mais complexos são apresentados e aumentam as lista de perguntas a ser respondidas. Alguns autores já o classificaram como "o supremo desconhecível".
Stephen Hawking, um astrofísico inglês, tem dedicado toda a sua vida ao estudo dos buracos negros e às singularidades do espaço-tempo. Apesar de preso a uma cadeira de rodas devido à paralisia causada por uma doença rara, sua mente extraordinariamente fértil tem surpreendido o mundo seguidas vezes com suas concepções. Segundo sua teoria, buracos negros poderiam se formar de outras formas, além da morte de uma estrela, em qualquer grande concentração de matéria, como o núcleo de uma galáxia, e poderíamos ter mini buracos negros, do tamanho de um próton, gerados no Big-bang que poderiam emitir energia na forma de partículas subatômicas, reduzindo assim sua massa, e desaparecer depois de algum tempo, ao contrário dos mais massivos.
Em 1994 o telescópio espacial Hubble forneceu algumas evidências de que no núcleo da galáxia M87 poderia estar um buraco negro super massivo, equivalente a três bilhões de massas solares.
