O que acontece dentro de um buraco negro?

Os buracos negros nos intrigam e nos enchem de pavor. O epítome do caos e colapso é o fato que eles nascem em violência e terminam seus dias em paz. 

O que são buracos negros ? Como eles são formados? Do que eles são feitos? Onde eles vão? Estas são algumas das perguntas comuns que as pessoas têm quando pensam ou falam sobre os grandes devoradores do Universo. 

No artigo a seguir, vamos dar uma olhada rápida nesses curiosos fenômenos cósmicos. Tentamos abordar algumas das questões mais comuns que encontramos sobre buracos negros.

Definição do buraco negro

Buracos negros são geralmente definidos como "um lugar no espaço onde a gravidade atrai tanto a matéria que nem a luz consegue sair. A gravidade é tão forte porque a matéria foi espremida em um espaço minúsculo". - NASA .

Como a luz é incapaz de escapar da gravidade dos buracos, ela parece completamente negra - daí o nome. Eles podem, no entanto, ser "vistos" com algum tipo especial de uma ampla gama de telescópios (mais sobre isso depois).

Como são feitos e o que causa um buraco negro?

A forma dos buracos negros depende do seu tipo e origem. 

A teoria atual sugere que pequenos buracos negros (alguns tão pequenos quanto um átomo, mas com a massa de uma grande montanha) provavelmente se formaram nos primeiros segundos do universo.

Buracos negros estelares (sobre a massa de 20 dos nossos sóis mais) são criados quando estrelas massivas colapsam em si mesmas. Este processo distorce o espaço-tempo durante seus arremessos de morte.

Isso acontece durante os eventos de supernova, quando estrelas massivas explodem incrivelmente violentamente.

Acredita-se que os buracos negros supermassivos (aproximadamente 1 milhão da massa solares ou mais) se formam quando a galáxia que eles habitam é formada.

Fonte: Pixabay

Horizonte de eventos

O horizonte de eventos de um buraco negro é seu limite mais externo. Este é o ponto em que a força gravitacional supera com precisão a capacidade da luz de escapar da força do buraco negro. 

É o ponto literal de não retorno - você não pode escapar depois de passar. 

Pelo menos essa era a visão tradicional. O venerável Professor Stephen Hawking, durante a sua vida, foi inflexível quanto à necessidade de alterar a definição de buraco negro. 

Em sua mente, ele acreditava que os horizontes dos eventos, como são tradicionalmente entendidos, não existem de fato. Eles são, na verdade, "horizontes aparentes" à beira dos buracos negros, onde a mecânica quântica enlouquece.

Aqui, como em qualquer outro lugar, as partículas virtuais entram e saem da existência, fazendo com que o horizonte flutue, tornando-se mais uma bagunça, crescente e decrescente. 

Estes "horizontes aparentes" são também um ponto onde os efeitos quânticos criam fluxos de partículas quentes que se irradiam de volta para o Universo - a chamada radiação de Hawking. Acredita-se que isso eventualmente fará com que o buraco negro irradie toda a sua massa e desapareça. 

O que é uma singularidade?

Uma singularidade ou singularidade gravitacional é um ponto no centro de um buraco negro. É um ponto unidimensional que contém enormes quantidades de massa em um espaço infinitamente pequeno. 

Aqui a gravidade e a densidade tornam-se infinitas, as curvas espaço-tempo infinitamente e as leis da física conhecida não são mais consideradas. 

Kip Thorne, o eminente físico americano, descreve-o como "o ponto em que todas as leis da física se decompõem".

Com o que um buraco negro parece?

Como a luz não pode escapar uma vez além do horizonte de eventos dos buracos negros, eles não podem realmente ser "vistos" em um sentido tradicional. Podemos, no entanto, inferir sua existência a partir de seus efeitos sobre outros corpos no espaço (como os sóis e as nuvens de gás) que podemos ver. 

Em breve poderá ser possível detectar o limite do horizonte de eventos ao redor do buraco negro - e não a radiação de Hawking que emana dele.

Fonte: Pixabay

O que aconteceria com você se você caísse em um buraco negro?

Desde que seja um buraco negro supermassivo, você não sentiria nada que estivesse em queda livre (o que Einstein certa vez chamou de "pensamento mais feliz"). Você existiria e, inevitavelmente, não existiria, sua massa aumentada no volume sempre faminto do buraco negro.

Para um observador, no entanto, é uma história muito diferente.

Ao se aproximar do horizonte de eventos, você aparecerá para acelerar, alongar e distorcer de maneira obscena. 

Curiosamente você vai aparecer para se mover em câmera lenta quanto mais perto você chegar ao horizonte até que você congele (como se estivesse em pausa). 

Agora, para a parte divertida, quando você permanecer lá imóvel, você também começará a se estender pela superfície do horizonte e, à medida que começar a aquecer, você também parecerá ficar mais vermelho e mais vermelho. 

Você começaria então lentamente a obliterar enquanto você se estica através do espaço-tempo curvo do buraco negro. O tempo parece parar eo fogo da radiação de Hawking provavelmente irá engolir você. 

Finalmente, você seria reduzido a cinzas antes que seus restos parecessem mergulhar na escuridão absoluta do buraco negro propriamente dito. 

Uma cena espetacular, para algum horrível, mas que você nunca veria. 

Para buracos negros menores você passa por um processo comumente chamado de "espaguetificação". Esta é uma história muito diferente e um pouco mais perturbadora .

O que está no centro de um buraco negro?

No centro de um buraco negro existe algo chamado singularidade gravitacional. É aí que a gravidade e a densidade são infinitas e o espaço-tempo se estende ao infinito.

Este é o destino final para qualquer coisa que se aproxime muito do buraco negro e desapareça no horizonte de eventos. 

O que a física é nesse ponto do buraco negro que ninguém pode dizer com certeza.

Qual é o buraco negro mais próximo da Terra?

Os buracos negros mais próximos já descobertos na Terra estão a milhares de anos-luz de distância de nós. A essa distância, esses buracos negros não terão nenhum efeito perceptível em nosso planeta ou seu ambiente. 

Até hoje, o buraco negro mais próximo, chamado V616 Monocerotosis, está a 3.000 anos-luz de distância e tem uma massa em torno de 9-13 vezes maior do que o nosso Sol vivificante. O próximo mais próximo é o Cygnus X-1 (a cerca de 6.000 anos-luz de distância com uma massa de 15 sóis).

O próximo passo é o GRO J0422 + 32, que na verdade é um dos menores ainda "descobertos" e está a aproximadamente 7.800 anos-luz de distância.

Até onde sabemos, o buraco negro supermassivo mais próximo, Sgr A, está localizado no meio de nossa galáxia - a Via Láctea. Este monstro está a aproximadamente 27.000 anos-luz de nós. 

Você pode "encontrá-lo" na direção aproximada da constelação de Sagitário. Sua enorme atração gravitacional está atualmente ocupada, rasgando estrelas próximas em pedaços, adicionando sua massa à sua própria.

O buraco negro supermassivo da nossa galáxia é estimado em vários milhões de vezes (aproximadamente 4,1 milhões de vezes para ser preciso) a massa do nosso sol. Mas não se preocupe, sua enorme distância de nós não afeta diretamente nosso sistema solar - pelo menos ainda.

Acredita-se que em cerca de 4 bilhões de anos nossa galáxia colidirá com nossa galáxia vizinha, Andrômeda. Quando isso acontece, as estrelas e seus respectivos buracos negros serão misturados em uma nova galáxia misturada. 

As estrelas começarão a interferir nas órbitas umas das outras, provavelmente enviando algumas para as garras que esperam, e sempre famintas, dos dois buracos negros supermassivos. Isso provavelmente soará a sentença de morte para muitas estrelas e seus planetas filhos. 

Não se preocupe ainda, o Sol provavelmente chegará ao fim de sua vida muito antes que isso aconteça.

Quanto tempo leva para um buraco negro morrer?

A vida útil de um buraco negro varia dependendo da sua massa. Você só pode realmente saber ao executar cálculos da teoria quântica de campos em espaços fortemente curvos para descobrir - o que é complexo, para dizer o mínimo.

Como regra geral, a perda de massa da radiação de Hawking ocorre em taxas diferentes em relação ao "tamanho" do buraco negro. Buracos negros em massa de interesse interessante perdem sua massa mais rapidamente que os maiores.

Isso ocorre porque a curvatura que eles criam no espaço é mais intensa em torno de seus horizontes de eventos. Mas mesmo assim, demora muito, muito tempo.

A título de exemplo, estima-se que levaria 10^67 anos para um buraco negro com a massa do Sol se evaporar completamente. Para os buracos negros maiores no Universo, levaria uns inacreditáveis 10 a 100 anos.

Estes números são muito mais do que a idade estimada do nosso Universo, 13,8 vezes 10^9 anos, mas não é sempre. Isso significa que no final dos dias, quando todas as estrelas e planetas já tiverem desaparecido há muito tempo, os buracos negros irão dominar e eventualmente desaparecer.
  Fonte: Pixabay

Quantos buracos negros existem no universo?

Quantos grãos de areia há na praia? Quantas estrelas existem na galáxia? Essas questões são quase impossíveis de responder. 

O mesmo é verdade para o número de buracos negros no Universo, há tantos que você não poderia esperar contá-los.

Mesmo se tentássemos contá-los, nunca obteríamos a resposta certa, pois uma grande parte do Universo será obscurecido de nossa visão, para sempre. Se tal tentativa for feita, primeiro precisamos limitar nossa contagem ao "nosso Universo" ou ao que é mais corretamente chamado de "Universo Observável".

Podemos, no entanto, fazer algumas suposições educadas. 

Buracos negros de massa estelar se formam a partir das supernovas de estrelas massivas. Nossa Via Láctea, sozinha, contém cerca de 100 bilhões de estrelas e aproximadamente uma em cada mil estrelas é grande o suficiente para criar um buraco negro quando ele morre.

Isso deve significar que pode haver até 100 milhões de buracos negros em escala estelar em nossa galáxia. Mas esse número está aumentando a cada segundo que passa. 

Acredita-se que os buracos negros do tipo massa estelar se formem uma vez a cada segundo, aproximadamente.

Se estamos falando de buracos negros supermassivos, estes tendem a se esconder no centro das galáxias. Em nossa região local do espaço, existem cerca de 100 bilhões de buracos negros supermassivos por aí. 

Como é possível detectar um buraco negro?

Dada a natureza desses fenômenos celestes, não é realmente possível observá-los diretamente com telescópios que dependem de raios X, luz ou qualquer outra forma de radiação eletromagnética.

Em vez disso, encontrá-los ou detectá-los exige um pouco de pensamento lateral. Eles podem ser inferidos pelo impacto gravitacional em outras matérias e objetos próximos. 

Um exemplo clássico seria se o buraco negro atravessasse uma nuvem interestelar. Este evento atrairá a matéria para dentro da boca do buraco negro em um processo conhecido como acreção. 

As estrelas também podem ser desviadas de seu movimento "normal" se passarem perto de um buraco negro ou, é claro, puderem ser separadas.

Neste último cenário, a matéria da estrela é acelerada à medida que se move em direção ao buraco negro e emite raios-x no espaço. 

"Descobertas recentes oferecem algumas evidências tentadoras de que os buracos negros têm uma influência dramática ao seu redor - emitindo poderosas rajadas de raios gama, devorando estrelas próximas e estimulando o crescimento de novas estrelas em algumas áreas, ao mesmo tempo em que as impede." - NASA . 

Você também pode "ver" o perímetro do espaço que está próximo do horizonte de eventos dos buracos negros através de algo chamado "efeito de lente" ou lente gravitacional. 

Você também pode tentar observar a Radiação de Hawking do buraco negro.

Conceito de lente gravitacional de um buraco negro. Fonte: Kerr Newman / Wikimedia Commons

Você pode destruir um buraco negro?

Como vimos acima, você não precisa (se você pode viver o suficiente) apenas esperar que eles se destruam. Mas pode ser teoricamente possível destruir um buraco negro artificialmente. 

Acontece que buracos negros podem realmente ter um calcanhar de Aquiles - seus horizontes de eventos. Os físicos teorizaram que, se pudéssemos alimentá-lo, poderíamos ser capazes de reverter sua desigualdade inerente.

Isso, por sua vez, faria com que o buraco negro se dissipasse e pudesse revelar sua singularidade central para todos verem. Mas os físicos admitem que não têm ideia de quais seriam as consequências reais de se fazer isso.

O que aconteceria se dois buracos negros colidirem?

Os buracos negros não são nada além da massa, portanto, se dois (de igual massa) colidirem, o resultado seria um novo buraco negro de tamanho duplo. Mas o evento seria incrivelmente violento.

Tal evento libertaria enormes quantidades de energia e enviaria ondulações de longo alcance no próprio tecido do espaço-tempo - as chamadas ondulações gravitacionais.

Embora uma vez que o assunto da ficção científica e da teoria da ciência astrofísica parece ter sido capaz de detectar ou "observado" exatamente tal evento ocorrendo. 

Os buracos negros eventualmente colapsam?

A resposta para isso depende do seu significado por trás do uso do termo "colapso".

Se por colapso o questionador significa um fim para o buraco negro, então sim eles fazem. Os buracos negros podem existir por muito tempo, mas não são "imortais".

Embora morram ao longo do tempo, não é porque "colapsam" no sentido tradicional da palavra.

Buracos negros, ou seja, seus horizontes de eventos, tornam-se sua própria queda. Depois de consumirem toda a matéria ao redor deles, é possível que eventualmente evaporem à medida que sua energia e massa são minadas com o tempo através da radiação de Hawking. 

Se, no entanto, considerarmos literalmente o significado de colapso, então a resposta é realmente muito diferente. Buracos negros são, na verdade, a própria definição de colapso.

Eles são o quase eterno processo de colapso desencadeado por alguns dos mais poderosos eventos em colapso da história do tempo e do espaço.

Nesse sentido, os buracos negros não podem fazer nada além de colapsar.

Os buracos negros morrem?

Sim, eles acabam. Demora muito tempo, de fato. 

O processo é muito lento e exige que o buraco negro seja privado de matéria fresca de outros corpos celestes próximos.

O que é um buraco negro feito de?

Simplificando, não podemos ter certeza. Buracos negros são por definição regiões do espaço-tempo onde forças gravitacionais extremas impedem que qualquer coisa, incluindo a luz, escape.

Nesse sentido, em vez de serem feitos de algo, eles são, na verdade, resultado da ausência de material visível. Sabe-se que a matéria que entra e nunca deixa esses objetos curiosos não é diferente de tudo fora deles, mas é tão precisa quanto realmente podemos pensar. 

Uma vez passado o horizonte de eventos, como o assunto 'desce a toca do coelho, quanto mais e mais a nossa compreensão do que está acontecendo lá completamente desmorona.

"Graças à Relatividade Geral, achamos que entendemos o que acontece nessa extrema gravidade e, com a ajuda da Mecânica Quântica, podemos fazer uma estimativa inteligente do que acontece em escalas microscópicas menores. Mas se as duas teorias são combinadas - como eles estariam no centro de um buraco negro - eles quebram, deixando-nos sem ideia do que está acontecendo! " - spaceanswers.

Isso exigiria que a grandiosamente intitulada " Teoria de Tudo " fosse capaz de nos dizer como a física "parece" lá embaixo. Até tal momento estamos em uma perda para realmente dizer com certeza.

O que está do outro lado de um buraco negro?

Eles são portais para outros Universos? Talvez eles formem buracos de minhoca que podemos usar para circunavegar rapidamente a vastidão do espaço? Estas e muitas outras teorias existem para o que poderia estar do outro lado de um buraco negro, mas a realidade é um pouco decepcionante. 

Essas imensas partes negras, sempre famintas, sempre em colapso do espaço, são mais uma parada final do que uma rota para algum lugar onde até mesmo a luz termina seus dias. 

Embora não possamos ter certeza do que está acontecendo além do horizonte de eventos, a maioria dos físicos concorda que você não iria absolutamente a lugar nenhum. Atravessar o ponto sem retorno significaria simplesmente que qualquer coisa consumida pelo buraco negro simplesmente se tornaria parte dele. 

Eles são uma estrada literal para lugar nenhum. Objetos que caem no buraco negro são dilacerados e incorporados à massa maior da entidade até que acabem dentro da singularidade.

Seu sacrifício levará o buraco negro a se tornar um pouco maior e mais forte. Tudo isso e em vez de encontrar um nirvana de algum tipo, tudo o que espera por você é a desmontagem e a morte.

Quem são os principais cientistas cujo trabalho era sobre buracos negros e o que descobriram / reivindicaram?

Os 11 seguintes são alguns dos cientistas mais importantes, cujos trabalhos ajudaram a forjar nossa compreensão moderna dos buracos negros.

1. John Michell

Ano da Descoberta Principal: 1783

Descrição: John Michell foi um filósofo e geólogo natural inglês nascido em 1724 . Ele escreveu uma carta a Henry Cavendish, na qual ele postula que a ideia de massa tão grande e leve não poderia escapar à sua força.

2. Pierre-Simon Laplace

Ano da Descoberta Principal: 1796

Descrição: Pierre era um matemático e astrônomo francês. Ele promoveu a mesma ideia que Michell em seu livro Exposition du système du Monde .

3. Albert Einstein

Ano da Descoberta Principal: 1915

Descrição: Albert, um físico teórico germano-americano e versátil, desenvolveu sua teoria da relatividade geral. Isto seguiu sua demonstração de que a luz pode ser influenciada pela gravidade.

Fonte: Wikimedia Commons

4. Karl Schwarzschild

Ano da Descoberta Principal: 1916

Descrição: Karl, um físico alemão, foi o primeiro a fornecer uma solução moderna de relatividade geral que poderia ser usada para caracterizar um buraco negro.

5. Arthur Eddington

Ano da Descoberta Principal: 1924

Descrição: Arthur, um astrofísico britânico, observou que a singularidade no trabalho de Einstein poderia desaparecer depois que as coordenadas fossem alteradas.

6. Robert Oppenheimer

Ano da Descoberta Principal: 1939

Descrição: Um dos mais proeminentes físicos de todos os tempos, Robert previu que estrelas de nêutrons com mais de 3 massas solares provavelmente entrariam em colapso para formar buracos negros. 

7. David Finkelstein

Ano da Descoberta Principal: 1958

Descrição: David, um físico americano, reconheceu que a superfície de Schwarzschild é, na verdade, um horizonte de eventos. Ele também foi capaz de estender a solução de Schwarzschild para o futuro dos observadores caindo em um buraco negro.

8. Roy Kerr

Ano da Descoberta Principal: 1963

Descrição: Roy, um matemático da Nova Zelândia, derivou a solução exata de um buraco negro rotativo.

9. Ezra Newman

Ano da Descoberta Principal: 1965

Descrição: Ezra, um físico americano, conseguiu descobrir a  solução axissimétrica para um buraco negro que está girando e eletricamente carregado.

10. James Bardeen

Ano da Descoberta Principal: 1970

Descrição: James, um físico americano, com 'alguma' ajuda de Jacob Bekenstein, Brandon Carter e o posterior grande Stephen Hawking, levou à formulação da termodinâmica do buraco negro.

11. Stephen Hawking

Ano da Descoberta Principal: 1974

Descrição: Stephen, o físico teórico e cosmólogo britânico  que tristemente nos deixou em 2018, mostrou que os buracos negros não são realmente totalmente "negros". Ele postulou que pequenas quantidades de radiação térmica, chamadas de radiação de Hawking, são emitidas por buracos negros.

Fonte: Lwp Kommunikáció / Flickr

Via: NASA , Hawking.org , BBC, science.nasa