O que é um buraco negro? - Médico - 2023

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O Universo é um lugar incrível e muitas vezes assustador. Com uma idade de 13,8 bilhões de anos e um diâmetro de 93 bilhões de anos-luz, o Cosmos contém alguns corpos celestes que parecem desafiar todas as leis da física que conhecemos. E alguns até os quebram diretamente.

Estamos a falar, como não pode deixar de ser, de buracos negros. Esses corpos astronômicos não são apenas os mais densos do Universo, mas também um dos mais misteriosos. Por dentro, as leis da relatividade geral se quebram. Não sabemos e nunca saberemos o que está dentro deles.

Mesmo assim, a astrofísica passou muitos anos tentando entender a natureza desses monstros espaciais. E quanto mais aprendemos sobre eles, mais perguntas surgem. E esses corpos que geram uma atração gravitacional tão intensa que nem mesmo a luz pode escapar deles foram, são e serão uma verdadeira dor de cabeça para a ciência.

No artigo de hoje, de mãos dadas com as pesquisas mais recentes da área da física que as estudam, trazemos as informações mais importantes sobre os buracos negros. Veremos o que são, como são formados, quão grandes são e até veremos se morrem. Prepare-se para sua cabeça explodir.

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Buracos negros: sua verdadeira natureza

Um buraco negro é uma singularidade no espaço-tempo. Nada mais. E é muito importante deixar isso claro porque, como veremos, existem muitos equívocos sobre o que eles são (começando por acreditar que é um buraco). E com isso em mente, vamos responder à pergunta sobre o que exatamente é um buraco negro.

Um buraco negro é um corpo celeste tão denso que gera um campo gravitacional tão intenso que não apenas a matéria é incapaz de escapar dele, mas nem mesmo a radiação eletromagnética pode escapar de sua gravidade. Assim, a luz, que ainda é um tipo de radiação eletromagnética com comprimento de onda entre 780 e 380 nm, também é absorvida por ela.

Além dessa definição simplificada demais, um buraco negro é uma coisa muito estranha. Mas muito. Tão estranho que, Por dentro, as leis físicas que regem o comportamento do Universo param de funcionar. Os cálculos matemáticos que tão bem predizem o comportamento do Cosmos entram em colapso quando tentamos entender a natureza dos buracos negros.

Mas vamos nos colocar em contexto. Todos os corpos com massa (incluindo você), pelo simples fato de terem massa, geram um campo gravitacional ao seu redor. E a intensidade desse campo dependerá da massa do corpo em questão. Assim, a Terra tem um poder gravitacional maior do que você. Como o Sol, ele tem um poder gravitacional maior que o da Terra.

Até agora tudo é muito simples. O problema é que em um buraco negro isso é levado ao extremo. Em que sentido? Bem, quanto maior a densidade de um corpo, mais gravidade ele gera. E um buraco negro é de densidade infinita. E trabalhar com o infinito é o pesadelo dos modelos matemáticos.

Como já discutimos, um buraco negro é uma singularidade no espaço.Uma região do espaço-tempo sem volume (inconcebível para nossa mente), que, por simples matemática, torna sua densidade infinita. Ou seja, se a densidade é definida como a massa dividida pelo volume e o volume é 0, um número (seja qual for a massa) dividido por 0 dá infinito. A densidade de uma singularidade é, por definição, infinita.

Portanto, um buraco negro é na verdade o menor que pode existir no Universo. É um ponto sem volume, mas de densidade infinita. Mas então por que os vemos como esferas colossais? Bem, em primeiro lugar, não os vemos. Podemos perceber seus efeitos gravitacionais, mas lembre-se que a luz não escapa dele, portanto, eles não podem ser vistos no sentido estrito de "ver".

Ou seja, apesar de o que vemos (o que não vemos) ser um objeto escuro tridimensional, essa tridimensionalidade é marcada pelo que se conhece como horizonte de eventos. Ou seja, os limites da esfera de um buraco negro não é um lugar físico em si, mas esse horizonte.

Mas qual é o horizonte de eventos? Aproximadamente, o horizonte de eventos designa o raio no qual a luz não pode mais escapar da atração gravitacional do "buraco" (não tem buraco nenhum, é uma singularidade). Nesse sentido, o que vemos como um corpo celeste é uma superfície imaginária que circunda a singularidade, localizada no coração do “buraco” negro.

No horizonte de eventos, a velocidade de escape, ou seja, a energia necessária para escapar de sua atração gravitacional, coincide com a velocidade da luz. No horizonte, você precisa de exatamente 300.000 km / s de velocidade para evitar ser engolfado pela singularidade. E como nada pode ir mais rápido (ou exatamente igual) que a velocidade da luz, desse horizonte nem mesmo os fótons (as partículas responsáveis pela luz) podem escapar de sua atração. É por isso que não podemos (e nunca seremos capazes) saber o que está além do horizonte de eventos.

O que percebemos como um objeto tridimensional é na verdade uma consequência da existência da singularidade, que faz com que se forme um "horizonte" após o qual não há nada que possa escapar de sua atração (porque teria que ser mais rápido que a velocidade da luz e isso é impossível). E é que, como já dissemos, o buraco negro (que não é um buraco) é, na realidade, uma região (que não é uma região, mas uma singularidade espaço-temporal) no centro do dito "buraco" em que toda a matéria é destruída e as leis físicas do Universo são quebradas.

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Como um buraco negro é formado?

Os buracos negros são formados apenas de uma maneira: pela morte de uma estrela hipermassiva. Mas vamos nos colocar em contexto, porque aqui também existem muitos equívocos. E, embora a existência de micro buracos negros tenha sido hipotetizada, por enquanto, os únicos cuja existência é confirmada são aqueles que se formam após a morte de uma estrela hipermassiva.

E uma estrela morre de uma forma ou de outra dependendo de sua massa. Estrellas con un tamaño similar al del Sol (o similar, tanto por abajo como por arriba), cuando agotan su combustible, colapsan bajo su propia gravedad ya que no hay reacciones de fusión nuclear que tiren hacia fuera, solo su propia masa, que tira para dentro. Quando a gravidade vence a batalha contra a fusão nuclear, a estrela entra em colapso.

E quando isso acontece em estrelas pequenas ou médias, o colapso gravitacional faz com que a estrela se condense enormemente no que é conhecido como uma anã branca. Uma anã branca é um tipo de estrela que é basicamente o núcleo da estrela. Algo como o remanescente que resta da estrela original depois de morrer. Uma anã branca tem aproximadamente o tamanho da Terra, então é obviamente um corpo muito denso. Mas de forma alguma denso o suficiente para dar origem a um buraco negro. O sol nunca se tornará um.

Agora, quando aumentamos a massa da estrela, as coisas começam a mudar e ficar mais assustadoras. Quando uma estrela entre 8 e 20 vezes mais massiva que o Sol morre, o colapso gravitacional resultante não culmina na formação de uma anã branca, mas em um dos fenômenos mais violentos do Universo: uma supernova.

Uma supernova é um fenômeno que ocorre após o colapso gravitacional de estrelas com massa entre 8 e 20 vezes a do Sol e que consiste em uma explosão estelar onde temperaturas de mais de 3 bilhões de ° C são atingidas e grandes quantidades são emitidas. energia, incluindo raios gama capazes de atravessar toda a galáxia.

Após esta explosão, uma estrela de nêutrons geralmente é deixada como um remanescente. O colapso gravitacional foi tão intenso que os átomos da estrela se separaram, fundindo os prótons e elétrons em nêutrons. E quebrando as distâncias dentro do átomo, densidades inimagináveis podem ser alcançadas. Uma estrela de nêutrons teria um diâmetro de apenas 10 km, mas uma massa duas vezes a do sol.

Mas as coisas podem ficar mais complicadas. Com a estrela de nêutrons, estamos muito próximos, mas ao mesmo tempo muito distantes da singularidade. Afinal, é muito denso, mas o que procuramos agora é algo infinitamente denso. E a densidade infinita só é alcançada após o colapso gravitacional de uma estrela hipermassiva.

Quando uma estrela com mais de 20 vezes mais massa do que o Sol morre, o colapso gravitacional resultante leva a uma explosão, mas o importante é que o núcleo moribundo da estrela, vítima de tal gravidade imensa, quebra completamente a matéria. As partículas não são mais quebradas diretamente. A matéria é quebrada diretamente.

O colapso gravitacional foi tão intenso que uma singularidade se formou. E quando isso acontece, essa região (ou melhor, ponto) do espaço-tempo torna-se infinita em densidade. E a partir daí, o resto é história. Um buraco negro nasceu.

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Qual o tamanho dos buracos negros?

Se formos técnicos, um buraco negro é na verdade o menor do Universo, é uma singularidade no espaço-tempo. Mas, em termos mais informativos, um buraco negro, se levarmos em consideração o horizonte de eventos como parte de seu "ser", então é um dos maiores do Cosmos.

Na verdade, os menores têm massa três vezes maior que a do Sol. Lembre-se de que, para se formar, a estrela precisa ter pelo menos 20 vezes mais massa do que o Sol. Mas podem ter até 120 vezes mais massa. Em princípio, 120 massas solares é o limite teórico, embora alguns pareçam contorná-lo. Mas não vamos sair do assunto.

Os buracos negros mais importantes que detectamos são incrivelmente massivos e, de fato, acredita-se que todas as galáxias têm, em seu centro, um buraco negro hipermassivo. Ou seja, é um buraco negro no coração galáctico que dá coesão a toda a galáxia.

Sem ir mais longe, a Via Láctea, nossa galáxia, tem em seu núcleo um buraco negro conhecido como Sagitário A. Com seus 44 milhões de quilômetros de diâmetro (marcados por seu horizonte de eventos) e uma massa 4.300.000 vezes maior que a do Sol, permite que nossa estrela, apesar de estar a 25.000 anos-luz de distância, não apenas seja atraída gravitacionalmente por ela, mas orbite em torno dela a 251 km / s, completando uma revolução a cada 200 milhões de anos.

Os 400.000 milhões de estrelas em nossa galáxia orbitam ao redor deste monstro. Mas, apesar de seus números inconcebíveis, não está nem entre os 100 maiores buracos negros conhecidos no Universo. Salve este fato: o Sol tem uma massa de 1.990 milhões de quatrilhões de quilos.

Pois bem, TON 618, o maior buraco negro conhecido, tem uma massa de 66.000.000.000 de massas solares. Multiplique 1.990 milhões de quatrilhões de quilos por 66.000 milhões. Este monstro, localizado no centro de uma galáxia a uma distância de 10 bilhões de anos-luz, é tão imenso que o diâmetro de seu horizonte de eventos é cerca de 1.300 vezes a distância entre a Terra e o Sol. Ou, em outras palavras, sua forma, diâmetro é 40 vezes o tamanho da órbita entre Netuno e o Sol. TON 618 tem um diâmetro de 390 milhões de km. Sem dúvida, o Universo é algo maravilhoso e, ao mesmo tempo, aterrorizante.

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Os buracos negros morrem?

Por mais surpreendente que possa parecer, sim. Os buracos negros também morrem. E é que, embora tenhamos dito que nada pode escapar de sua atração gravitacional, isso não é exatamente verdade. Os buracos negros evaporam, emitindo o que é conhecido como radiação Hawking.. Muito lentamente, mas eles evaporam.

Na verdade, uma teoria sobre o fim do Universo se baseia nisso. A "Massificação dos buracos negros" diz que, dentro de milhões de milhões de anos, todas as estrelas, planetas, asteróides, satélites e qualquer tipo de corpo celeste passarão pelo horizonte de eventos de algum buraco negro. Em outras palavras, chegará um tempo em que haverá apenas buracos negros no Cosmos. Sem luz. Todas as trevas.

Os buracos negros acabarão devorando toda a matéria do Universo quando até a última estrela se extinguir. E nesse momento, a contagem regressiva começará. Os buracos negros que habitarão o Universo emitirão radiação Hawking para o espaço.

Levaria trilhões de trilhões de trilhões de trilhões de anos para acontecer, mas em algum ponto até mesmo o último buraco negro do Universo terá desaparecido. E naquele momento, no Universo não haveria nada. Apenas radiação. Ainda assim, esta é apenas uma das muitas teorias sobre o Fim de Tudo. Não sabemos se este é o destino do Universo, mas sabemos que os buracos negros, assim que nascem, morrem.

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