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Buraco negro
1. De acordo com a Teoria Geral da Relatividade, um buraco negro é uma região do espaço da
qual nada, nem mesmo objetos que se movam na velocidade da luz, podem escapar. Este é o
resultado da deformação do espaço-tempo, causada após o colapso gravitacional de uma
estrela, por uma matéria astronomicamente maciça e, ao mesmo tempo, infinitamente
compacta e que, logo depois, desaparecerá dando lugar ao que a Física chama de
Singularidade, o coração de um buraco negro, onde o tempo pára e o espaço deixa de existir.
Um buraco negro começa a partir de uma superfície denominada horizonte de eventos, que
marca a região a partir da qual não se pode mais voltar. O adjetivo negro em buraco negro se
deve ao fato deste não refletir a nenhuma parte da luz que venha atingir seu horizonte de
eventos, atuando assim como se fosse um corpo negro perfeito em termodinâmica. Acreditase, também, com base na mecânica quântica, que buracos negros emitam radiação térmica, da
mesma forma que os corpos negros da termodinâmica a temperaturas finitas. Esta
temperatura, entretanto, é inversamente proporcional à massa do buraco negro, de modo que
observar a radiação térmica proveniente destes objetos torna-se difícil quando estes possuem
massas comparáveis às das estrelas.
Apesar de os buracos negros serem praticamente invisíveis, estes podem ser detectados por
meio da interação com a matéria em sua vizinhança. Um buraco negro pode, por exemplo, ser
localizado por meio da observação do movimento de estrelas em uma dada região do espaço.
Outra possibilidade da localização de buracos negros diz respeito à detecção da grande
quantidade de radiação emitida quando a matéria proveniente de uma estrela companheira é
espirala para dentro do buraco negro, aquecendo-se a altas temperaturas.
Embora o conceito de buraco negro tenha surgido
em bases teóricas, astrônomos têm identificado inúmeros candidatos a buracos negros
estelares e também indícios da existência de buracos negros super maciços no centro de
galáxias maciças.6 Há indícios de que no centro da própria Via Lactea, nas vizinhanças de
Sagitário A*, deve haver um buraco negro com mais de 2 milhões de massas solares.
2. De forma simplificada, buraco negro
é uma região do espaço que possui uma quantidade
tão grande de massa concentrada que nada consegue escapar da atração de sua força de
gravidade, nem mesmo a luz, e é por isso que são chamados de “buracos negros”.
Concepção Artística de um Buraco Negro
Até hoje a melhor teoria para explicar este tipo de fenômeno é a Teoria Geral da
Relatividade, formulada por Albert Einstein. Mas, para entender melhor do que se trata um
buraco negro é preciso entender alguns conceitos.
Segundo a teoria de Einstein, a força da gravidade seria uma manifestação da deformação
no espaço-tempo causada pela massa dos corpos celestes, como os planetas ou estrelas.
Essa deformação seria maior ou menor de acordo com a massa ou a densidade do corpo.
Portanto, quanto maior a massa do corpo, maior a deformação e, por sua vez, maior a força
de gravidade dele. Consequentemente, maior é a velocidade de escape, força mínima que
deve ser empregada, para que um objeto possa vencer a gravidade deste corpo. Por
exemplo, para que um foguete saia da atmosfera terrestre para o espaço ele precisa de uma
força de escape de 40.320 km/h. Em Júpiter, essa força teria de ser 214.200 km/h. Essa
diferença muito grande, é porque sua massa é muito maior que a da Terra.
É isso que acontece nos buracos negros. Há uma concentração de massa tão grande em um
ponto tão infinitamente pequeno que a densidade é suficiente para causar tal deformação no
espaço-tempo que a velocidade de escape neste local é maior que a da luz. Por isso que nem
mesmo a luz consegue escapar de um buraco negro. E, já que nada consegue se mover mais
rápido que a velocidade da luz, nada pode escapar de um buraco negro.
Esses tais buracos negros seriam estrelas em seu último estágio de evolução, quando, depois
de consumir todo seu combustível, a estrela com massa maior que 3 massas solares, se
transformam em uma supernova com um “caroço” no centro. Se a massa deste caroço, que
pode ou não se formar, for maior que 2 massas solares ele cai sobre si mesmo,
transformando-se em um buraco negro. Às vezes acontece da estrela evoluir no que
chamamos de “sistema binário fechado” quando duas estrelas ficam muito próximas e há
transferência de matéria de uma para outra, podendo fazer com que uma delas acumule
matéria em excesso provocando sua explosão em uma supernova. Nestes casos, o mais
provável é que ela evolua para uma estrela de nêutrons, quando elétrons e prótons se
fundem em nêutrons. Mas, acontece que em alguns sistemas a concentração de massa é
muito grande e ocorre a formação de um buraco negro que continua “sugando” a massa
daquela outra estrela maior.
3. Em Física, a relatividade geral é a generalização da Teoria da gravitação de Newton,
publicada em 1915 por Albert Einstein. A nova teoria leva em consideração as ideias
descobertas na Relatividade restrita sobre o espaço e o tempo e propõe a generalização do
princípio da relatividade do movimento para sistemas que incluam campos gravitacionais.
Esta generalização tem implicações profundas no nosso conhecimento do espaço-tempo,
levando, entre outras conclusões, à de que a matéria (energia) curva o espaço e o tempo à
sua volta. Isto é, a gravitação é um efeito da geometria do espaço-tempo.
Muitas previsões da relatividade geral diferem significativamente das da física clássica,
especialmente no que respeita à passagem do tempo, a geometria do espaço, o movimento
dos corpos em queda livre, e a propagação da luz. Exemplos de tais diferenças incluem
dilatação gravitacional do tempo, o desvio gravitacional para o vermelho da luz, e o tempo
de atraso gravitacional. Previsões da relatividade geral foram confirmadas em todas as
observações e experimentos até o presente. Embora a relatividade geral não seja a única
teoria relativística da gravidade, é a mais simples das teorias que são consistentes com
dados experimentais. No entanto, há questões ainda sem resposta, sendo a mais
fundamental delas explicar como a relatividade geral pode ser conciliada com as leis da física
quântica para produzir uma teoria completa e auto-consistente da gravitação quântica.
A teoria de Einstein tem importantes implicações astrofísicas. Ela aponta para a existência de
buracos negros - regiões no espaço onde o espaço e o tempo são distorcidos de tal forma
que nada, nem mesmo a luz, pode escapar - como um estado final para as estrelas maciças .
Há evidências de que esses buracos negros estelares, bem como outras variedades maciças
de buracos negros são responsáveis pela intensa radiação emitida por certos tipos de objetos
astronômicos, tais como núcleos ativos de galáxias ou microquasares. O desvio da luz pela
gravidade pode levar ao fenômeno de lente gravitacional, onde várias imagens do mesmo
objeto astronômico distante são visíveis no céu. A relatividade geral também prevê a
existência de ondas gravitacionais, que já foram medidas indiretamente; uma medida direta
é o objetivo dos projetos, tais como o LIGO. Além disso, a relatividade geral é a base dos
atuais modelos cosmológicos de um universo sempre em expansão.