Buraco negro

O buraco negro é uma espécie de uma bola densa de matéria que possui um horizonte de eventos escuro e com gravidade tão intensa que nada consegue escapar dele. Ele é uma consequência natural da relatividade geral de Albert Einstein, que redefine a gravidade como uma consequência da distorção do tecido espaço-tempo provocada por corpos celestes massivos.

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Resumo sobre buraco negro

• Os buracos negros se originam dos restos condensados de uma estrela com, no mínimo, três massas solares.
• O buraco negro localizado no interior da galáxia elíptica Messier 87, no aglomerado de Virgem, foi o primeiro a ter a sua imagem capturada.
• O buraco negro é composto por singularidade, horizonte de eventos e discos de acreção.
• Quando ele consome matéria, elimina jatos relativísticos. 
• Seus tipos variam de acordo com a sua massa solar, podendo ser buracos negros estelares, negros intermediários e negros supermassivos.

O que é um buraco negro?

O buraco negro é uma região pequena do espaço com extremo acúmulo de matéria, provocando um campo gravitacional extremamente intenso, capaz de impedir que a informação e a luz escapem de seu interior.

Origem de um buraco negro

Os buracos negros só se originam a partir de eventos catastróficos, como a morte de uma estrela massiva de, no mínimo, três massas solares. Caso a massa dessa estrela massiva seja igual ou menor que a massa do nosso Sol, temos a sua evolução para uma anã branca.

Ao longo dos milhões de anos de vida da estrela, após bilhões de reações de fusão nuclear em seu núcleo, os elementos químicos (por exemplo, hidrogênio e hélio) que ocasionam sua combustão começam a se esgotar. Com isso, o núcleo da estrela começa a entrar em colapso e explode em uma supernova. Como nessas estrelas massivas a atração gravitacional é extremamente intensa, temos o acúmulo de muita matéria em um pequeno espaço, gerando um buraco negro.

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Primeira imagem de um buraco negro

A primeira imagem do buraco negro foi divulgada no dia 10 de abril de 2019, tendo sido capturada pelo Telecópio de Horizonte de Eventos (Event Horizon Telescope, em inglês), que inclue nove radiotelescópios espalhados ao redor da Terra e que têm como objetivo obter imagens de buracos negros.

Esse buraco negro supermassivo possui a massa de 6,5 bilhões de sóis e diâmetro de 40 bilhões de quilômetros, o equivalente a três milhões de vezes o tamanho da Terra. Ele está localizado a mais de 50 milhões de anos-luz da Terra, no interior da galáxia elíptica Messier 87, no aglomerado de Virgem.

Estrutura do buraco negro

A estrutura do buraco negro é dada por sua singularidade, seu horizonte de eventos e seus discos de acreção.

• Singularidade: é a região central do buraco com densidade infinita, em que toda a matéria e a energia que foram atraídas pelo buraco negro se colapsam.
• Horizonte de eventos: é a região que circunda a singularidade. A matéria e a energia que dali se aproximam jamais conseguem escapar. 
• Discos de acreção: são discos ao redor do buraco negro que se movimentam em altas velocidades. Eles são constituídos de poeiras e gases superaquecidos que produzem radiação eletromagnética, como raios X, raios infravermelhos e ondas de rádio, que tornam possível a localização dos buracos negros.
• Jato relativístico: é um jato de partícula e radiação que sai do interior do buraco negro praticamente na velocidade da luz, depois que ele consumiu estrelas, gases ou poeiras estelares.

Quais são os tipos de buracos negros

De acordo com os astrônomos, os buracos negros podem ser estelares, intermediários ou supermassivos, dependendo da sua massa solar.

• Buracos negros estelares: são formados por meio colapso gravitacional de estrelas com massas entre três e cem massas solares.
• Buracos negros intermediários: possuem uma massa solar superior ao do buraco negro estelar e inferior ao do buraco negro supermassivo, variando de cem a 10 mil massas solares.
• Buracos negros supermassivos: são aqueles com mais de 10 mil massas solares.

A formação dos buracos intermediários e supermassivos ainda é incerta, havendo a necessidade da comprovação das teorias existentes. 

Teorias do buraco negro

A teoria do buraco negro teve origem no desejo de Albert Einstein (1879-1955) de estender a sua teoria relatividade restrita para sistemas não inerciais (referencial físico em que as leis de Newton não são cumpridas), formulando assim a teoria da relatividade geral.

Em 25 de novembro de 1915, Einstein apresentou a sua teoria na Academia de Ciências da Prússia, em Berlim. Nesse mesmo ano, o astrofísico Karl Schwarzschild (1873-1916) recebeu uma cópia dos Anais da Academia contendo o trabalho de Einstein. Apesar de hospitalizado, Schwarzschild decidiu desenvolver essas equações de campo de Einstein e encontrou uma solução exata para o caso de simetria esférica.

Então Schwarzschild enviou seu manuscrito a Einstein, que o apresentou na Academia, em 13 de janeiro de 1916, no lugar do autor. A solução de Schwarzschild ocasionou o surgimento de uma singularidade, que, para determinada massa, ocorre a um raio nomeado de raio de Schwarzschild. Caso uma estrela tenha um raio menor do que o raio de Schwarzschild, ela não poderá ser vista, já que os seus raios luminosos emitidos acabariam refletidos por sua aceleração infinita, ou seja, haveria um buraco negro.

Em 1939, Einstein publicou um artigo afirmando que “o resultado essencial dessa investigação é o claro entendimento de por que as ‘singularidades de Schwarzschild’ não ocorrem na realidade física”. Somente em 1962 que esses corpos celestes extremamente densos foram nomeados de buracos negros pelo físico John Wheeler (1911-2008).

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Curiosidades sobre os buracos negros

Existem diversas curiosidades a respeito dos buracos negros, pensando nisso, selecionamos algumas:

• Em 12 de maio de 2022, foi divulgada a primeira imagem do buraco negro no centro da nossa galáxia, possuindo quatro milhões de massas solares.
• No centro da galáxia M60-UCD1, foi encontrado um buraco negro com massa equivalente a 21 milhões de massas solares.
• Os astrônomos supõem que existam 100 milhões de buracos negros vagando entre as estrelas da Via Láctea.
• O buraco negro mais próximo a Terra está localizado a 1600 anos-luz de distância, na constelação de Ophiuchus, no sistema binário Gaia BH1.
• Em 1964, foi descoberto o primeiro buraco negro, nomeado de Cygnus X-1, que está localizado a 6197 anos-luz de distância, na constelação de Cygnus, na Via Láctea.
• O Sol possui um raio de Schwarzschild de aproximadamente 3,0 km.

Fontes

ALMEIDA, Carla R. A pré-história dos buracos negros. Revista Brasileira de Ensino de Física, v. 42, 2020.

GUARIENTO, Daniel Carrasco. Evolução de buracos negros primordiais no universo. São Paulo: Tese de Doutorado (IFUSP), 2010.

STEINER, João E. Buracos Negros: sementes ou cemitérios de galáxias. Caderno Brasileiro de Ensino de Física, v. 27, n. 4, p. 723-742, 2010.