Os buracos negros são um dos mais incompreensíveis aspectos do espaço. Para começar, eles não são realmente objetos; são o resultado da extrema deformação do espaço-tempo. E por causa dessa distorção, algumas coisas realmente estranhas começam a acontecer ao redor deles - algo que mudará sua perspectiva de como o universo opera ao seu redor.
Algumas delas são tão estranhas que talvez faça você duvidar, não fosse pela matemática sólida que respalda sua existência e propriedades, e a crescente evidência de que a matemática está correta por meio de observações em nosso próprio universo. Eu sou Dennis Ariel, e você está assistindo Astrum Brasil, e nesta nova série de vídeos, vamos explorar o inexplorável. Venha conosco nesta jornada de descoberta enquanto tentamos entender a estranha ciência de como um buraco negro se forma, o que acontece ao seu redor e, no próximo episódio, vamos explorar o que pode realmente permitir uma fuga de uma das prisões mais inescapáveis existentes.
Buracos negros existem em uma variedade de tamanhos. O menor buraco negro observado tem cerca de 3. 8 massas solares.
Do outro lado da escala, encontramos buracos negros que existem desde quase o início do universo; buracos negros de bilhões de massas solares. Esses gigantes não são apenas massivos, mas também enormes, caberiam facilmente em todo o sistema solar dentro do diâmetro de seu horizonte de eventos. Os buracos negros que estão sendo criados hoje são o estágio final nos ciclos de vida de estrelas particularmente massivas.
Quando tal estrela nasce, ela está essencialmente se equilibrando sob o peso de duas forças. A primeira é a gravidade, empurrando sua massa em direção ao centro. Nas profundezas da estrela, os átomos de hidrogênio são esmagados contra outros átomos de hidrogênio com tanta força que se combinam para formar um elemento mais denso – o hélio.
Essa nova estrutura atômica realmente precisa de menos energia do que quando eram dois átomos de hidrogênio individuais e separados, então a energia que sobra é liberada. Esta energia liberada é a segunda força. Ela irradia do centro da estrela como calor e luz, neutralizando a força da gravidade.
Nesse estado, a estrela permanecerá relativamente estável até o momento em que a reação começar a parar à medida que fica sem seu combustível de hidrogênio. Se a estrela for massiva o suficiente, assim que o hidrogênio começar a se esgotar, a estrela combinará o hélio recém-formado em materiais ainda mais densos – como carbono, néon e, eventualmente, oxigênio e silício. Mas então ela começa a fundir o Ferro.
O problema com o Ferro é que ele não economiza energia em sua nova forma, então não tem energia sobrando para liberar. Ele apenas fica no centro da estrela, crescendo. Sem energia empurrando de volta contra a gravidade, a balança se inclina.
A energia desse colapso é surpreendente, mas a força depende da massa original da estrela. A massa da estrela se comprime para encontrar o núcleo com tanta força, que o rebote desse golpe é o que chamamos de Supernova. Matéria e energia são lançadas pelo universo a partir de uma das maiores explosões possíveis, que produz elementos ainda mais pesados, do ferro até o urânio.
E o que resta da estrela? Bem, isto depende. Se a massa da estrela e, portanto, a força do golpe for muito baixa, o que resta é uma estrela de nêutrons – uma pequena bola de matéria com no máximo 25 quilômetros de diâmetro, mas com massa tão densamente compactada, que equivale a um milhão de Terras.
Mas se a massa e, portanto, a força forem grandes o suficiente? A física como a conhecemos se desfaz, e ficamos com um buraco negro. Quando você vê uma imagem de um buraco negro, a esfera negra que você está olhando não é realmente o próprio buraco negro.
Os cientistas teorizam que a verdadeira forma de um buraco negro é provavelmente ainda menor e mais densa do que uma estrela de nêutrons. Na verdade, é provável que seja infinitamente pequeno e infinitamente denso – uma Singularidade emitindo forças que distorcem o tempo e o próprio espaço. No entanto, não sabemos.
E a verdade pela qual não sabemos é por causa de algo chamado Horizonte de Eventos. Todos os objetos com massa exercem gravidade. Sabemos disso desde os dias de Newton.
No entanto, quando Einstein surgiu em 1915 com sua teoria da relatividade geral, um contemporâneo seu chamado Karl Schwarzschild concluiu a partir dela que poderiam existir objetos tão massivos, capazes de criar gravidade suficiente para que a própria luz não pudesse escapar. E se mesmo fótons de luz sem massa não pudessem sair, nada poderia. Quando você olha para uma foto de um buraco negro, você não está vendo o próprio buraco negro.
Você está vendo o horizonte de eventos ao seu redor – a linha de demarcação onde a gravidade se tornou tão poderosa que a luz não pode mais sair. Não há nada além de escuridão. Agora, seu efeito no espaço é uma coisa, mas os buracos negros também afetam outro aspecto do universo: o próprio tempo.
De acordo com Einstein, espaço e tempo estão inseparavelmente conectados, e a massa distorce o espaço-tempo. Com o infinito ponto de massa da singularidade, o espaço-tempo é esticado de tal modo, que o horizonte de eventos também marca o ponto onde o tempo para. Dentro do horizonte de eventos, espaço e tempo basicamente deixam de existir; um lugar onde não há “onde” ou “quando”.
Isso produz um fenômeno interessante para um observador externo, observando a matéria cair em um buraco negro. Do ponto de vista desse observador, à medida que a matéria se aproxima do buraco negro, ela desacelera até pouco antes do horizonte de eventos, para então parar completamente. Você nunca verá matéria cruzando o horizonte de eventos.
Em vez disso, a matéria gradualmente escurecerá até que você não possa mais vê-la. Quando teorizado pela primeira vez, astrônomos e físicos não tinham certeza se os buracos negros existiam de fato. Foi apenas 40 anos depois que a primeira evidência de um buraco negro foi registrada.
Em 1964, usando satélites de raios X recém-desenvolvidos, os cientistas notaram um objeto na constelação do Cisne que parecia estar emitindo uma grande quantidade de raios X. Curiosamente, porém, os cientistas não conseguiram ver o objeto em si. Surpreendeu-os porque, se fosse uma estrela, deveria emitir luz visível, bem como radiação de raios-x.
Os cientistas chamaram esse objeto de Cygnus X-1.
