Buracos negros, buracos brancos e buracos de minhoca - qual a diferença?

Nos dias atuais, tem se falando muito sobre buracos negros, buracos brancos de buracos de minhoca, principalmente depois da investida científica vista  pelo diretor do filme Interestelar, que tentou representar a ciência com fidelidade no que se diz respeito aos conceitos destes objetos estelares. Apresentamos a seguir a diferença entre cada uma destas fendas espaciais: 

O que é um buraco negro?

De acordo com a teoria da relatividade geral, um buraco negro é uma região do espaço da qual nada, nem mesmo a luz, pode escapar. É o resultado da curvatura do espaço-tempo provocada por uma massa muito compacta. A região em torno de um buraco negro é uma superfície indetectável que marca o ponto de não retorno, chamado de horizonte de eventos. Ele é chamado de "negro" porque absorve toda a luz que o atinge, não refletindo nada, considerado apenas como um corpo negro perfeito na termodinâmica. De acordo com a teoria da mecânica quântica, os buracos negros possuem uma temperatura e emitem radiação Hawking através da dissipação lenta dos anti-prótons.

Apesar de seu interior indetectável, um buraco negro pode ser observado através de sua interação com a matéria. Um buraco negro pode ser detectável, acompanhando o movimento de um grupo de estrelas que orbitam uma região no espaço. Alternativamente, quando o gás cai em um buraco negro estelar de uma estrela companheira ou nebulosa, as espirais de gases internos são aquecidas à temperaturas muito altas e emitem grandes quantidades de radiação que podem ser detectadas por telescópios terrestres e em órbita.

Astrônomos identificaram numerosos candidatos à buracos negros estelares, e também encontraram evidências de buracos negros supermassivos no centro de cada galáxia. Depois de observar o movimento de estrelas próximas por 16 anos, em 2008, os astrônomos encontraram evidências convincentes de que um buraco negro supermassivo de mais de 4 milhões de massas solares estaria localizado perto do Sagitário A*, uma região no centro da Via Láctea.

Representação da distorção do buraco negro no espaço. A luz é tragada para dentro do Horizonte de Eventos, região na qual nada, nem mesmo a luz, escapa. [Imagem: Sheng et al./Nature Photonics]

Como são formados os Buracos Negros?

A maioria dos buracos negros são feitos quando uma estrela gigante, chamada de supergigante, pelo menos vinte vezes maior do que o nosso próprio Sol morre e deixa para trás um núcleo de uma massa solar. Estrelas morrem quando consomem o hidrogênio ou outro combustível nuclear e começam a entrar em colapso.

A Morte de uma estrela supergigante é chamada de supernova. A maioria das estrelas estão geralmente em equilíbrio, o que significa que elas estão gerando energia suficiente para empurrar a massa para fora, contra a força da gravidade. Quando a estrela esgota seu combustível para produzir energia, a gravidade assume. A gravidade então puxa o centro da estrela para dentro muito rapidamente, e ela se resume em uma pequena esfera. O colapso é tão rápido e violento que provoca uma onda de choque, e isso faz com que o resto da estrela exploda para fora. À medida que a gravidade empurra a estrela para dentro, a pressão no centro da estrela chega a um nível tão extremo que permite que as moléculas mais pesadas tais como ferro e carbono interajam para liberarem a energia nuclear. A libertação de energia a partir da estrela durante um período muito curto de tempo (cerca de uma hora) tem uma taxa tão elevada que supera o brilho de uma galáxia inteira.

Uma das melhores representações artísticas de um buraco negro encontram-se no recente filme "Interestelar", no qual podemos viajar juntos com os astronautas através de um buraco de minhoca, um buraco negro e um buraco branco.

A esfera no centro é tão densa (com uma grande quantidade de massa em um pequeno espaço, ou volume), que se você pudesse coletar uma apenas uma colher de chá de material e trazê-la para a Terra,  você seria afundado até o núcleo do planeta. Se a estrela original é grande o suficiente, a esfera densa é chamada de singularidade, o núcleo de um buraco negro, se não é, ela se tornaria uma estrela de nêutrons ou uma estrela anã. Mesmo sem uma supernova, um buraco negro pode se formar a qualquer momento com uma grande quantidade de matéria em um espaço pequeno, sem energia suficiente para agir contra a gravidade e impedi-lo de entrar em colapso. Se supernovas são tão brilhantes, por que não as vemos com frequência? Na verdade, há geralmente centenas de anos entrem  a explosão de supernova e um avistamento a olho nu até porque a velocidade da luz não é instantânea.  A probabilidade (possibilidade) de olhar para uma estrela no céu e ela se encontrar em estado supernova é igual à razão de uma hora ao longo de vários bilhões de anos.

Vale a pena mencionar que todos os materiais mais pesados ​​como o carbono, oxigênio, todos os metais, etc, que tornam possível a vida na terra, ingredientes de todos os seres vivos, se formam exclusivamente sob a  pressão extrema no centro de um super nova. Então, todos nós somos cinzas remanescentes de uma estrela que explodiu há vários bilhões de anos.

Os buracos negros também podem ser encontrados no meio de todas as grandes galáxias no universo. Estes são chamados de buracos negros supermassivos, e são os maiores buracos negros encontrados. Eles se formaram quando o Universo era muito jovem, e também ajudaram a formar todas as galáxias.

Alguns buracos negros também são responsáveis ​​a criar estruturas chamadas quasares. Um quasar ocorre quando um buraco negro consome todo o gás que o rodeia. À medida que o gás se aproxima do próprio buraco negro, ele se aquece a partir de um processo chamado atrito, e brilha tão intensamente que essa luz pode ser vista do outro lado do Universo. Muitas vezes, é mais brilhante do que toda a galáxia na qual o quasar está. Quando os astrônomos encontraram quasares pela primeira vez, eles achavam que tinham encontrado objetos próximos de nós. Depois de usar uma técnica de medição chamada desvio para o vermelho, eles descobriram que esses quasares estavam realmente muito longe no Universo.

O que é um buraco de minhoca?

Um buraco de minhoca ou Ponte de Einstein Rosen é uma hipotética passagem entre um buraco negro e um buraco branco, representando um atalho no espaço-tempo.

Em física, um buraco de minhoca é uma característica topológica hipotética do espaço-tempo que seria, fundamentalmente, um "atalho" através do espaço-tempo. Um buraco de minhoca é, em teoria, muito parecido com um túnel com duas extremidades separadas no espaço-tempo. Em 1935, Albert Einstein e Nathan Rosen foram os primeiros a sonharem com a ideia de um buraco de minhoca. Eles perceberam que a relatividade geral permite a existência de "pontes", originalmente chamadas de pontes de Einstein-Rosen, mas agora conhecidas popularmente como buracos de minhoca. Estes tubos de espaço-tempo agem como atalhos que ligam regiões distantes do espaço.

Veja a imagem abaixo que mostra como um buraco de minhoca conectando buracos negros com buracos brancos.

Não há nenhuma evidência observacional para buracos de minhoca, mas em um nível teórico existem soluções válidas para as equações da teoria da relatividade geral que contêm buracos de minhoca.

O que são buracos brancos?

Representação de um buraco negro e um buraco

branco. A matéria que entra no buraco negro 

jamais poderá sair, enquanto no buraco branco, ocorre

o contrário, a matéria jamais poderá entrar. 

Foto: Felipe Sérvulo

Um buraco branco, na relatividade geral, é uma região hipotética do espaço-tempo que não pode ser introduzida a partir do exterior a partir do qual a matéria e a luz podem escapar. Neste sentido, é o inverso de um buraco negro. (No entanto, é teoricamente possível para um viajante entre em um buraco negro em rotação, evite a singularidade, e viaje em um buraco branco rotativo que permite que o viajante fuja para outro universo). Buracos brancos aparecem na ideia dos buracos negros eternos. Além de uma região buraco negros no futuro, uma tal solução das equações de Einstein tem uma região de buraco branco no seu passado. No entanto, esta região não existe para buracos negros que se formariam através colapso gravitacional, nem existem quaisquer processos físicos conhecidos através do qual um buraco branco pode ser formado.

Como os buracos negros, buracos brancos têm propriedades como massa, carga e momento angular. Eles atraem imatéria como qualquer outra massa, mas a queda de objetos para um buraco branco nunca realmente chega ao horizonte de eventos do buraco branco (embora no caso da solução de Schwarzschild maximamente estendida, o horizonte de eventos de um buraco branco no passado torna-se um horizonte de eventos de um buraco negro no futuro, de modo que qualquer objeto caindo em direção a ele acabará por atingir o horizonte do buraco negro).

Existem hipóteses que sugerem que buracos brancos criam novos universos da matéria originária do buraco negro de outro universo.

Fontes: Eddinformatics