Significado de Buraco negro

O que é um Buraco negro:

Um buraco negro é um fenômeno espacial de proporções elevadíssimas (geralmente maiores que o sol) e com a massa extremamente compacta, resultando em um campo gravitacional tão forte que nenhum tipo de partícula ou radiação consegue sair.

Considerando que até mesmo a luz é sugada, buracos negros são invisíveis e sua existência só é constatada pelas consequências gravitacionais observáveis em seus arredores, especialmente pelas mudanças de órbitas de corpos celestes próximos, que passam a ser atraídos para o buraco negro.

Buraco Negro

Em teoria, somente algo que se movesse em uma velocidade superior à velocidade da luz conseguiria resistir ao campo gravitacional de um buraco negro. Por esse motivo, não é possível saber ao certo o que acontece com a matéria que é sugada.

Qual o tamanho de um buraco negro?

Buracos negros existem em diversos tamanhos. Os menores conhecidos pela ciência são chamados de buracos negros primordiais e acredita-se que possuem o tamanho de um átomo, mas com a massa total de uma montanha.

Os buracos negros medianos (cuja massa é de até 20 vezes a massa total do sol) são chamados de estelares. Nessa categoria, o menor buraco negro descoberto possui 3.8 vezes a massa solar.

Os maiores buracos negros catalogados são chamados de supermassivos, muitas vezes encontrados no centro de galáxias. A título de exemplo, no centro da Via Láctea se encontra o Sagittarius A, um buraco negro com massa equivalente a 4 milhões de vezes a massa do sol.

Até o momento, o maior buraco negro conhecido se chama S50014+81, cuja massa equivale a quarenta bilhões de vezes a massa do sol.

Como se formam os buracos negros? 

Os buracos negros são formados a partir de colapsos gravitacionais de corpos celestes. Esses fenômenos ocorrem quando a pressão interna de um corpo (geralmente estrelas) é insuficiente para manter sua própria massa. Assim, quando o núcleo da estrela entra em colapso devido à gravidade, o corpo celeste explode liberando enormes quantidades de energia em um evento conhecido como supernova.

Supernova

Representação visual de uma supernova.

Durante a supernova, em uma fração de segundo, toda a massa da estrela é comprimida em seu núcleo enquanto se move à aproximadamente 1/4 da velocidade da luz (inclusive, é neste exato momento que os elementos mais pesados do universo são criados).

Em seguida, a explosão dará origem a uma estrela de nêutron ou, se a estrela for grande o suficiente, o resultado será a formação de um buraco negro, cuja quantidade astronômica de massa concentrada cria o já mencionado campo gravitacional. Nele, a velocidade de escape (velocidade necessária para que alguma partícula ou radiação resistisse à atração) deve ser, no mínimo, maior que a velocidade da luz.

Tipos de buracos negros

O físico teórico alemão Albert Einstein formulou um conjunto de hipóteses relacionadas à gravitação que serviram como base para o surgimento da física moderna. Esse conjunto de ideias recebeu o nome de Teoria da Relatividade Geral, no qual o cientista fez diversas observações inovadoras acerca dos efeitos gravitacionais dos buracos negros.

Para Einstein, os buracos negros são “deformações no espaço-tempo causadas pela quantidade massiva de matéria concentrada”. Suas teorias promoveram um rápido progresso da área e possibilitaram a classificação dos diferentes tipos de buracos negros:

Buraco negro de Schwarzschild

Os buracos negros de Schwarzschild são aqueles que não possuem carga elétrica e também não possuem impulso angular, ou seja não rotacionam em torno do seu eixo.

Buraco negro de Kerr

Os buracos negros de Kerr não possuem carga elétrica mas rotacionam em torno do seu eixo.

Buraco negro de Reissner-Nordstrom​​​​​​​

​​​​​​​​​​​​​​Os buracos negros de Reissner-Nordstrom possuem carga elétrica mas não rotacionam em torno do seu eixo.

Buraco negro de Kerr-Newman

​​​​​​​​​​​​​​Os buracos negros de Kerr-Newman possuem carga elétrica e rotacionam em torno do seu eixo.

Em teoria, todos os tipos de buracos negros eventualmente se tornam buracos negros de Schwarzschild (estáticos e sem carga elétrica) quando perdem energia o suficiente e param de rotacionar. Esse fenômeno é conhecido como Processo Penrose. Nesses casos, a única maneira de diferenciar um buraco negro de Schwarzschild de outro é através da medição da sua massa.

Estrutura de um buraco de negro

Os buracos negros são invisíveis uma vez que seu campo gravitacional é inescapável até mesmo para a luz. Assim, um buraco negro tem a aparência de uma superfície escura da qual nada é refletida e não existem evidências do que ocorre com os elementos que são sugados por ele. No entanto, partindo da observação dos efeitos que eles causam em seus arredores, a ciência estrutura os buracos negros em horizonte de eventos, singularidade e ergosfera.

Horizonte de eventos

A fronteira do campo gravitacional do buraco negro a partir da qual não se observa nada é denominado horizonte de eventos ou ponto de não retorno.

Horizonte de Eventos

Representação gráfica de um horizonte de eventos, disponibilizada pela NASA, na qual se observa uma esfera perfeita de onde nenhuma luz é emitida.

Apesar de ser, na verdade, apenas consequências gravitacionais, o horizonte de eventos é considerado parte da estrutura de um buraco negro por ser o início da área observável do fenômeno.

Sabe-se que seu formato é perfeitamente esférico em buracos negros estáticos e oblíquo nos buracos negros rotativos.

Devido à dilatação gravitacional do tempo, a influência que a massa do buraco negro exerce no espaço-tempo faz com que o horizonte de eventos, mesmo fora do seu raio de alcance, cause os seguintes efeitos:

  • Para um observador distante, um relógio próximo do horizonte de eventos se moveria mais lentamente do que outro mais afastado. Assim, qualquer objeto sendo sugado pelo buraco negro pareceria desacelerar até parecer paralisado no tempo.
  • Para um observador distante, o objeto que se aproxima do horizonte de eventos assumiria um tom avermelhado, consequência do fenômeno físico conhecido como desvio para o vermelho, conforme a frequência da luz é reduzida pelo campo gravitacional do buraco negro.
  • Do ponto de vista do objeto, o tempo passaria em velocidade acelerada para todo o universo, enquanto para si, o tempo passaria normalmente.

Singularidade

O ponto central de um buraco negro, onde a massa da estrela se tornou infinitamente concentrada é denominado singularidade, da qual pouco se sabe a respeito. Em teoria, a singularidade contém a massa total da estrela que entrou em colapso, somada à massa de todos os corpos sugados pelo campo gravitacional, mas não possui volume ou superfície.

Singularidade

Ergosfera

A ergosfera é uma zona que contorna o horizonte de eventos nos buracos negros rotativos, na qual é impossível um corpo celeste permanecer parado.

Ergosfera

Ainda segundo a relatividade de Einstein, qualquer objeto rotativo tende a arrastar o espaço-tempo próximo a ele. Em um buraco negro rotativo, esse efeito é tão forte que seria necessário que um corpo celeste se movesse no sentido contrário em uma velocidade maior que a da luz para permanecer parado.

É importante não confundir os efeitos da ergosfera com os efeitos do horizonte de eventos. A ergosfera não atrai objetos com o campo gravitacional. Assim, qualquer coisa que entre em contato com ela será apenas deslocada no espaço-tempo e só será atraída caso cruze o horizonte de eventos.

Teorias de Stephen Hawking sobre buracos negros

Stephen Hawking foi um dos mais influentes físicos e cosmólogos dos séculos 20 e 21. Entre suas inúmeras contribuições, Hawking resolveu diversos teoremas propostos por Einstein que contribuíram para a teoria de que o universo teve início em uma singularidade, reforçando ainda mais a chamada Teoria do Big Bang.

Hawking também acreditava que buracos negros não são completamente negros, mas emitem pequenas quantidades de radiação térmica. Esse efeito ficou conhecido na física como Radiação Hawking. Esta teoria prevê que os buracos negros perderiam massa com a radiação liberada e, em um processo extremamente lento, diminuiriam até desaparecerem.

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Data de atualização: 24/09/2018. O significado de Buraco negro está na categoria: Ciência