Buracos Negros

Introdução à AstronomiaBasílio Santiago

Por Luiz Gabriel Bongiolo

História

- Em 1783, John Mitchel foi o primeiro a se perguntar o que aconteceria se uma estrela se tornasse tão massiva que a sua velocidade de escape fosse igual à velocidade da luz .

- A questão ficou quase totalmente esquecida ate 1916 quando o físico alemão Karl Schwarzschild encontrou a solução exata para a equação de Einstein referente às estrelas massivas. O próprio Einstein ficou abismado ao saber que Schwarzschild havida encontrado uma solução simples, elegante e exata; e principalmente pela solução conter propriedades peculiares.

- Em seu segundo artigo Karl Schwarzschild sugeriu a existencia de uma esfera mágica circundado a estrela massiva, com propriedades estranhas. A esfera magica era um ponto sem volta. Schwarzschild não sabia mas estava descobrindo o Horizonte de Eventos.

-Schwarzschild rapidamente aplicou a solução a aproximações anteriores que havia feito a cerca da gravidade do sol e concluiu que se o sol fosse comprimido a um raio de 3km ele se tornaria uma estrela negra e colapsaria.

- Até então, a existência da esfera mágica não causava problemas visto que era impossível espremer o sol até 3 km, porém era teoricamente um desastre. Embora a teoria geral da relatividade fosse capaz de dar resultados brilhantes, como a curvatura da luz estelar a cerca do sol, a teoria não fazia nenhum sentido a medida que você se aproximasse da esfera mágica em si, onde a matemática sugeria que a gravidade tornava-se infinita.

- Em 1932 George Lemaître, pai da teoria do Big-Bang, mostrou que a esfera mágica não era nenhuma singularidade onde a gravidade se tornava infinita; era apenas uma ilusão matemática causada pela escolha de um conjunto infeliz de elementos matemáticos.

-Em 1939 Einstein havia desistido da ideia de estrelas negras visto que elas não aconteceriam por processos naturais. Ironicamente no mesmo ano J. Robert Oppenheimer (que mais tarde construiria a bomba atômica) mostrou que um buraco negro poderia se formar a partir de uma estrela velha, massiva, que esgotou seu combustível nuclear e, por conseguinte, implode sob a força da gravidade. No entanto, este julgava que a propriedade era apenas uma sutileza nas equações da relatividade e abandonou a ideia. Os buracos negros caíram no esquecimento até à década de 60.

- Em 1963, entretanto, esta visão começou a mudar quando o matemático Roy Kerr encontrou uma solução que descrevia um buraco negro girando.

- Por causa das estranhas propriedades dos buracos negros, até o início da década de 1990 a sua existência ainda era considerada ficção. A partir de modernos recursos os físicos começaram a observar várias centenas de buracos negros no espaço cósmico através de telescópios que medem emissores de raios X que vem de fontes estelares. Como os buracos negros são invisíveis, os astrônomos têm de usar meios indiretos para verificar a sua existência. Nas fotografias, eles tentar identificar o “disco de acreção” de gás rodopiante que circunda o buraco.

Definição

- Os Buracos Negros são corpos que não possuem mais pressão interna suficiente para produzir uma força para fora que contrabalance o peso de suas camadas externas, o corpo colapsa matematicamente a um ponto. Este ponto é chamado de singularidade, onde a densidade tende ao infinito. O campo gravitacional é tão forte que nem mesmo a luz é capaz de escapar e por isso tal corpo é chamado de Buraco Negro.

Como se forma um Buraco Negro?

- Uma estrela com cerca de 10 vezes a massa solar desenvolve-se durante cerca de 1 bilião de anos transformando hidrogénio em hélio através de reacções nucleares que ocorrem no núcleo.

- Quando o combustível de hidrogénio se acaba, a estrela começa a colapsar sobre si mesma por não haver nada que sustenha a pressão da gravidade.

- À medida que a estrela encolhe, a gravidade aumenta.Quando o raio da estrela for de 30 km a sua velocidade de escape

torna-se superior à da luz e forma-se um buraco negro.

Constituição de um Buraco Negro

Na verdade o Buraco Negro em si não é visto pois as propriedades do objeto em si não o permitem. A identificação do buraco negro é feita a partir dos eventos que estão na sua volta retirados de imagens de satélites e captações de raios X. Suas características podem ser definidas da seguinte forma:

Horizonte de eventos

- O horizonte de eventos fica no centro do disco de acreção, infelismente ele é pequeno demais para ser identificado por tecnologia atual.

- Corresponde a fronteira do Buraco Negro. Tem este nome porque qualquer evento que ultrapasse em direçao ao buraco, não podera mais ser captado por um observador exterior. Consiste numa onda de luz que não cai no buraco mas também não consegue escapar, continuando a mover-se ao longo do raio de Schwarzschild.

Disco de Acreção

- Consiste na matéria que está a ser absorvida pelo buraco negro. Esta é atraída pela força da gravidade e forma um disco enquanto redemoinha para o buraco negro ( um pouco como a água num ralo de um lava-louças).

- Usando as leis do movimento de Newton, os astrônomos podem calcular a massa do objeto central sabendo a velocidade das estrelas que orbitam ao redor. Se a massa do objeto central tem uma velocidade de escape igual à velocidade da luz, então nem a luz consegue escapar, o que proporciona a prova indireta da existência de um buraco negro.

Jatos de gás

-Nem todos os gases que caem em direção a um buraco negro atravessam o horizonte de eventos.

-Alguns desviam-se do horizonte de eventos e são lançados na sua tangente com velocidades enormes e ejetados no espaço, formando dois longos jatos de gás que emanam dos pólos norte e sul do buraco.

-Os jatos sao ejetados assim provavelmente porque as linhas do campo magnético da estrela em colapso, à medida que se torna mais intensas, concentram-se acima dos pólos.

Categorias de Buracos Negros

Os Buraco Negros são considerados entidades físicas relativamente simples pelo fato de podermos descrevê-los e classificá-los conhecendo somente três características suas: massa, momentum angular (medida da sua rotação) e carga elétrica. De acordo com a massa, podemos classificar os buracos negros em dois tipos principais:

- Buracos Negros Estelares – Originados a partir da evolução de estrelas massivas e portanto com massa da ordem das massas estelares. A gravidade esmaga uma estrela moribunda até que ela implode.

- Buracos Negros Supermassivos - Estes são buracos negros de massa muito superior aos anteriores e podem chegar a atingir massas milhares de vezes superiores à do sol provavelmente formados quando o Universo era bem mais jovem a partir do colapso de gigantescas nuvens de gás ou de aglomerados com milhões de estrelas.

Atualidades

- Recentemente, um buraco negro foi definitivamente identificado no centro de nossa própria galáxia. Por infelicidade, nuvens de poeira obscureceram o centro galático; não fosse por isso poderíamos ver da Terra uma imensa bola de fogo vindo da constelação de Sargitário. Seria um buraco negro massivo.

O próximo buraco negro galático mais perto de nós fica no centro da galáxia de Andrômeda, a galáxia mais próxima da Terra. Com cerca de 30 milhões de massas solares e raio de Schwarzschild de uns 90 milhões de quilômetros. No centro de Andrômeda ficam no mínimo dois objetos massivos, provavelmente restos de uma galáxia anterior que foi devorada por Andrômeda há bilhões de anos.

- Uma das descobertas mais espetaculares sobre os buracos negros ocorreu quando o telescópio de raios X Chandra conseguiu espiar através de uma pequena brecha na poeira no espaço cósmico e observou um grupo de buracos negros perto da beira do universo visível. No todo, seiscentos buracos negros podiam ser vistos. Extrapolando a partir disso, os astrônomos estimam que existam pelo menos 300 milhões de buracos negros em todo o céu noturno.

Bibliografias

Site do Institudo de Física da Ufrgs. http://www.if.ufrgs.br/~thaisa/bn/index.htm#indice

Livros: -Stephen Hawking: Uma Breve História do Tempo: do Big Bang

aos Buracos Negros. -Michu Kaku: Mundos Paralelos.