Uma Introdução aos Buracos Negros

Buracos negros são objetos no universo com tanta massa presa dentro de seus limites que eles têm campos gravitacionais incrivelmente fortes. De fato, a força gravitacional de um buraco negro é tão forte que nada pode escapar depois de entrar. Nem mesmo a luz pode escapar de um buraco negro, ele fica preso no interior junto com estrelas, gás e poeira. A maioria dos buracos negros contém muitas vezes a massa do nosso Sol e os mais pesados podem ter milhões de massas solares.

Apesar de toda essa massa, a singularidade real que forma o núcleo do buraco negro nunca foi vista ou imaginada. É, como a palavra sugere, um pequeno ponto no espaço, mas tem muita massa. Os astrônomos são capazes de estudar esses objetos apenas através de seus efeitos no material que os cerca. O material ao redor do buraco negro forma um disco rotativo que fica logo além de uma região chamada “horizonte de eventos”, que é o ponto gravitacional sem retorno.

A estrutura de um buraco negro

O “bloco de construção” básico do buraco negro é a singularidade: uma região pontual do espaço que contém toda a massa do buraco negro. Ao redor, há uma região do espaço da qual a luz não pode escapar, dando o nome ao “buraco negro”. A “borda” externa dessa região é o que forma o horizonte de eventos. É o limite invisível onde a atração do campo gravitacional é igual à velocidade da luz. É também onde a gravidade e a velocidade da luz são equilibradas.

A posição do horizonte de eventos depende da força gravitacional do buraco negro. Astrônomos calculam a localização de um horizonte de eventos em torno de um buraco negro usando a equação Rs = 2GM/c2. é o raio da singularidade, G é a força da gravidade, M é a massa, c é a velocidade da luz.

Tipos de buracos negros e como eles se formam

Existem diferentes tipos de buracos negros, e eles ocorrem de maneiras diferentes. O tipo mais comum é conhecido como buraco negro de massa estelar. Elas contêm aproximadamente algumas vezes a massa do nosso Sol e se formam quando grandes estrelas da sequência principal (10 a 15 vezes a massa do nosso Sol) ficam sem combustível nuclear em seus núcleos. O resultado é uma enorme explosão de supernova que explode as camadas externas das estrelas no espaço. O que é deixado para trás entra em colapso para criar um buraco negro.

Como os cientistas medem buracos negros

Como a luz não pode escapar da região ao redor de um buraco negro afetado pelo horizonte de eventos, ninguém pode realmente “ver” um buraco negro. No entanto, os astrônomos podem medi-los e caracterizá-los pelos efeitos que exercem sobre seus arredores. Buracos negros próximos a outros objetos exercem um efeito gravitacional sobre eles. Por um lado, a massa também pode ser determinada pela órbita do material ao redor do buraco negro.

Na prática, os astrônomos deduzem a presença do buraco negro estudando como a luz se comporta ao seu redor. Os buracos negros, como todos os objetos maciços, têm força gravitacional suficiente para dobrar o caminho da luz à medida que ela passa. À medida que as estrelas atrás do buraco negro se movem em relação a ele, a luz emitida por eles parece distorcida ou as estrelas parecem se mover de uma maneira incomum. A partir desta informação, a posição e a massa do buraco negro podem ser determinadas.

Isso é especialmente aparente nos aglomerados de galáxias, onde a massa combinada dos aglomerados, sua matéria escura e seus buracos negros criam arcos e anéis de formas estranhas, curvando a luz de objetos mais distantes à medida que passam.

Os astrônomos também podem ver buracos negros pela radiação emitida pelo material aquecido ao seu redor, como rádio ou raios x. A velocidade desse material também fornece pistas importantes sobre as características do buraco negro que ele está tentando escapar.

Radiação Hawking

A última maneira que os astrônomos poderiam detectar um buraco negro é através de um mecanismo conhecido como radiação Hawking. Nomeada para o famoso físico teórico e cosmólogo Stephen Hawking, a radiação Hawking é uma consequência da termodinâmica que requer que a energia escape de um buraco negro.

A idéia básica é que, devido às interações e flutuações naturais no vácuo, a matéria será criada na forma de elétron e anti-elétron (chamado pósitron). Quando isso ocorre perto do horizonte de eventos, uma partícula é ejetada para longe do buraco negro, enquanto a outra cai no poço gravitacional.

Para um observador, tudo o que é “visto” é uma partícula emitida pelo buraco negro. A partícula seria vista como tendo energia positiva. Isso significa, por simetria, que a partícula que caiu no buraco negro teria energia negativa. O resultado é que, à medida que um buraco negro envelhece, perde energia e, portanto, perde massa (pela famosa equação de Einstein, E = MC2, onde E = energia, M = massa e C é a velocidade da luz).

By Paulo Freitas: Front End, Viciado em Cafeina, Fascinado por Astronomia e tentando ser especialista em (in)Segurança da Informação Ver todos os posts por Paulofreitas.py on April 30, 2020