Estrelas são corpos com uma quantidade incrível de massa. No entanto, eles podem se tornar ainda mais massivos no final de suas vidas. É então que eles podem passar de emissores a absorvedores de luz, tornando-se entidades sugestivas e misteriosas, buracos negros. Estas representam um desafio para a física que conhecemos e parecem desafiar muitas das “regras” que inferimos da observação do cosmos. O que sabemos sobre eles?
O que é um buraco negro?
Em 1783, o geólogo e clérigo inglês John Michell enviou uma carta à Royal Society descrevendo um corpo hipotético tão denso que nem mesmo a luz conseguia escapar dele. Naquela época, a teoria da gravitação de Newton e o conceito de velocidade de escape eram bem conhecidos. Embora os cálculos de Michell tenham ficado um pouco aquém, o conceito estava correto. É claro que naquela época eles não eram chamados de “buracos negros”. Esse nome surgiu no século 20, proposto pelo físico John Archibald Wheeler. Um buraco negro é um corpo tão denso, com tanta massa e tão pouco volume, que atrai tudo pela sua imensurável gravidade. Tanto que nem mesmo a luz consegue escapar de sua atração. Outra forma de interpretá-lo é que ele deforma o espaço ao seu redor de tal forma que os fótons que “caem” no poço gravitacional que ele gera não conseguem sair.
Em 1783, o geólogo e clérigo inglês John Michell enviou uma carta à Royal Society descrevendo um corpo hipotético tão denso que nem mesmo a luz conseguia escapar dele. Vamos imaginar que estamos nos aproximando do buraco negro. Sua gravidade não “puxa com mais força” do que outros corpos semelhantes, como a das estrelas. No entanto, à medida que reduzimos a distância, esta força aumenta esmagadoramente. Existe um ponto chamado horizonte de eventos. Deste ponto em diante, é necessária uma velocidade maior que a da luz para escapar da força gravitacional. Portanto, é “impossível” fugir da atração deste horizonte. E o que há além? Na realidade, sabemos muito pouco.
O que o horizonte de eventos encerra é chamado de singularidade, porque contém toda a massa num único ponto, num volume teórico de 0. Mas isto é “impossível”, pois rompe com o que sabemos sobre física. Na realidade, o que está além do horizonte de eventos é apenas fruto de conjecturas. Não sabemos o que acontece “dentro” do buraco, grosso modo, e em grande parte, é porque não os entendemos bem.
Existe um ponto chamado horizonte de eventos. Deste ponto em diante, é necessária uma velocidade maior que a da luz para escapar da força gravitacional. Portanto, é “impossível” fugir da atração deste horizonte.
Como você faz um buraco negro?
Nosso Sol, por exemplo, é uma estrela relativamente média, ou pequena, dependendo de como você olha para ele, e tem quase dois quilogramas de massa. Essa é uma quantia incrível. Como sabemos, quanto mais massa, mais gravidade ela gera. Portanto, a nossa estrela central exerce uma força gravitacional capaz de manter todo o sistema solar girando em torno dela. Essa força não é suficiente para atrair toda a massa do Sol? Por que não entra em colapso se é tão grande? As gigantescas reações que ocorrem em seu interior, resultado da fusão nuclear estelar, produzem forças titânicas que impedem o Sol de “afundar” em si mesmo. Mas e se não existissem tais forças, o que aconteceria?
Isto é o que acontece no final da vida de muitas estrelas. As estrelas podem morrer de várias maneiras. Algumas são extremamente violentas, explosivas e geram supernovas aterrorizantes. Outros simplesmente desaparecem pouco a pouco. Em vários destes casos, especialmente quando a estrela era muito grande, o material restante pode cair sob a sua gravidade, tornando-se cada vez mais denso, ocupando menos volume. Nestes casos, com os restos de uma supernova que explodiu ou com uma estrela que esfriou o suficiente, o material fica muito frio e a fusão que exerce uma força externa sobre a estrela não ocorre. Então, cada vez que a gravidade fica cada vez maior, o “buraco” fica cada vez menor. A certa altura, o buraco negro aparece.
Eles são pretos, mas não exatamente
O nome de buraco negro é bastante claro: um ponto escuro, que não deixa sair luz. Contudo, uma consideração dos efeitos quânticos no horizonte de eventos de um buraco levou o eminente Stephen Hawking a descobrir um processo físico pelo qual o buraco poderia emitir radiação. De acordo com o princípio da incerteza da mecânica quântica, existe a possibilidade de que no horizonte de eventos se formem pares partícula-antipartícula de curta duração. Uma das partículas cairia irreversivelmente no buraco enquanto a outra escaparia. Este processo é formado estritamente fora do buraco negro, por isso não contradiz o fato de que nenhuma partícula material pode sair do interior. No entanto, existe um efeito líquido de transferência de energia do buraco negro ao seu redor. Este fenômeno é conhecido como radiação Hawking e sua produção não viola nenhum princípio físico.
Graças aos avanços técnicos dos últimos anos, conseguimos finalmente ver com os nossos próprios olhos um buraco na galáxia vizinha, M87, atingindo um dos marcos científicos mais impressionantes do nosso tempo. Por outro lado, em 2008, Alan Marscher publicou um artigo que descrevia como jatos colimados de plasma são produzidos perto de buracos negros que partem de campos magnéticos localizados próximos à borda deles. Novamente, a rigor, não ocorre “dentro do buraco negro”, portanto, obedece ao conceito que marcamos desde o início.
Também permite outra questão: observar e detectar esse tipo de fenômeno. Ao absorver tudo, como seria de esperar, é quase impossível “ver” buracos negros. Até recentemente, sabíamos que eram, portanto, detecções indiretas. Graças aos avanços técnicos dos últimos anos, conseguimos finalmente ver com os nossos próprios olhos um buraco na galáxia vizinha, M87, atingindo um dos marcos científicos mais impressionantes do nosso tempo.
