Buraco Negro

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Buraco Negro é uma região do espaço onde o campo gravitacional é tão forte que nada sai dessa região, nem a luz; daí vermos negro naquela região. Matéria (massa) é que “produz” campo gravitacional a sua volta. Um campo gravitacional forte o suficiente para impedir que a luz escape pode ser produzido, teoricamente, por grandes quantidades de matéria ou matéria em altíssimas densidades.Velocidade de Escape
Se atirarmos uma pedra para cima ela “sobe” e depois “desce”, certo?
Errado!

Se atirarmos um corpo qualquer para cima com uma velocidade “muito” grande, esse corpo “sobe” e se livra do campo gravitacional da Terra, não mais “retornando” ao nosso planeta.

A velocidade mínima para isso acontecer é chamada de velocidade de escape. A velocidade de escape na superfície da Terra é 40.320 Km/h. Na superfície da Lua, onde a gravidade é mais fraca, é 8.568 Km/h, e na superfície gasosa do gigantesco Júpiter é 214.200 Km/h.

A velocidade da luz é aproximadamente 1.080.000.000 Km/h. Um buraco negro é um corpo que produz um campo gravitacional forte o suficiente para ter velocidade de escape superior à velocidade da luz.

A massa do Sol (0,2 X 10³¹Kg) é 333 mil vezes a massa da Terra e seu diâmetro (1,4 milhões de quilômetros) é mais de 100 vezes o diâmetro da Terra. Ele se transformaria em um buraco negro caso se contraísse a um diâmetro menor que 6 Km.

Detecção
Uma vez que nada sai de um buraco negro, nada de um buraco negro chega até nós. Resta-nos então observá-lo indiretamente, através de sua ação sobre sua vizinhança. “Vemos” um buraco negro observando “coisas” que o rodeiam sob a ação do seu campo gravitacional ou então que “caem” em sua direção, também sob a ação desse mesmo campo gravitacional.

A velocidade com que a matéria, a uma determinada distância de um corpo, o orbita, é proporcional à gravidade desse corpo. Mesmo sem vermos o corpo central podemos saber qual a sua massa se virmos e medirmos a velocidade de nuvens de gás e poeira que o orbitam, por exemplo.

Uma outra situação: se sob a ação da gravidade do corpo central, matéria “cai” em direção a ele, esse material enquanto vai “caindo” vai se comprimindo; por se comprimir vai se esquentando, e quanto mais quente fica, mais irradia… Também nesse caso, se medimos essa radiação, obtemos informações sobre o corpo central.

Buracos Negros Super Massivos
Em 1994, astrônomos que trabalhavam com o Telescópio Espacial Hubble, não apenas obtiveram fortes indícios da presença de um buraco negro no centro de uma galáxia espiral, como também mediram a sua massa. Através de um efeito bem conhecido da física (Efeito Doppler) foi possível medir a velocidade de gás e poeira girando em torno do centro da galáxia M87.

Pelo desvio das linhas espectrais da radiação emitida por esse material, chegou-se à conclusão que ele gira em torno do núcleo de M87 com uma velocidade muito grande. Para manter esse material com uma velocidade tão grande é preciso uma massa central também muito grande. Uma quantidade tão grande de massa no volume interno à órbita do material que o circula só pode ser um buraco negro. A massa deste buraco negro foi estimada em 3 bilhões de massas solares.

Posteriormente foram obtidos indícios de outros buracos negros no centro de outras galáxias. A tabela abaixo nos apresenta 17 galáxias que atualmente suspeitamos possuírem buracos negros supermassivos em seus centros. Também é apresentada a massa estimada desses buracos negros

Hoje acreditamos ser possível que toda grande galáxia tenha um buraco negro, de massa equivalente a milhões ou bilhões de estrelas, em seu centro. Esses buracos negros podem ter se formado no universo primitivo, a partir de gigantescas nuvens de gás ou então depois das galáxias já formadas, a partir do “colápso” de imensos aglomerados estelares.

Buracos Negros Estelares
Antes da fantástica descoberta acima descrita a procura por buracos negros no universo se concentrava principalmente na possível detecção de objetos muito compactos com massa algumas poucas vezes maior que a massa do Sol e que estariam espalhados nas galáxias.

Desde 1939 acreditamos que, em seu processo evolutivo, uma estrela de massa maior que 3,2 vezes a massa do Sol, quando acaba o seu combustível, pode “desabar sob seu próprio peso”. Essa estrela pode se contrair tanto que dê origem a um campo gravitacional forte o suficiente para impedir que a luz escape de suas proximidades. Um buraco negro!

Se um buraco negro desses estiver envolto por uma nuvem de gás e poeira ou se tiver uma estrela por companheira, pode ser que tenhamos matéria dessa nuvem ou dessa estrela “caindo” no buraco negro e então irradiando (principalmente na frequência de raio X). Um número considerável de estrelas da nossa galáxia forma sistemas duplos. É possível então que tenhamos vários buracos negros cabíveis de serem detectados através dessa radiação.

Cygnus X-1 é uma “fonte de raios X”, companheira de uma estrela de massa aproximadamente 30 vezes a do Sol (HDE 226868) e é um dos mais fortes candidatos a buraco negro conhecido.

Uma Nova Classe de Buracos Negros
Em abril passado astrônomos da NASA e da Carnegie Mellon University comunicaram haver obtido, separadamente, evidências da existência de buracos negros de massas variando entre 100 e 10.000 massas solares, nos centros de algumas galáxias.

Os astrônomos da NASA obtiveram tal evidência estudando raios X emitidos por 39 galáxias próximas à nossa. NGC 4945, uma galáxia espiral muito parecida com a Via Láctea (nossa galáxia), é uma dessas. Os astrônomos da Carnegie Mellon University chegaram à mesma evidência estudando raios X provenientes de M82.

Têm sido elaboradas teorias procurando entender a origem dessses buracos negros “meio pesados”.

Mini Buracos Negros?
Vale a pena lembrar que muitos astrônomos e físicos acreditam na existência de mini buracos negros que teriam sua origem nos primórdios do universo.

Alguns procuram explicar a explosão que ocorreu sobre o rio Tunguska na Sibéria em 1908 e destruiu mais de 2.150 quilômetros quadrados de densa floresta, à colisão de um desses mini buracos negros com a Terra.

A visão da ciência

De acordo com alguns físicos, nenhuma matéria ou informação pode viajar do interior do buraco negro para um observador externo (ex: ninguém pode tirar de lá alguma massa, ou iluminá-lo com uma lanterna ou até mesmo receber alguma informação sobre algum material que entrou no buraco negro), porém sua presença pode ser mensurada por desvios de luz e detecção de raios-X em corpos próximos a este. As chamadas lentes gravitacionais.

As controvérsias

Existem físicos que duvidam da hipótese de existência dos buracos negros pelo motivo de que não há maneiras de detectar sua presença por observação direta.

A existência de buracos negros no universo é uma teoria muito embasada, e é prevista por uma certa quantidade de métodos de detecção e simulação.

Uma minoridade de físicos negam a existência de buracos negros. A alegação destes é a falta de detecção de mecanismos de atração gravitacional a partir de um certo ponto ou de um limiar de queda. A razão desta não detecção suscita dúvidas, pois não se sabe se as leis da natureza se aplicam em condições tão extremas de compressão gravitacional.

Pode-se dizer que estes cientistas céticos dentro dos dados de que dispõem estão com razão. Na prática é impossível criar as condições dos efeitos gravitacionais de um objeto tão massivo quanto um buraco negro.

Fonte: www.observatorio.ufmg.br

COMO SE DESENVOLVEM OS BURACOS NEGROS

O buraco negro tem este nome porque sua gravidade é tão intensa que nem a luz escapa dele, e portanto não podemos obter informações de seu interior. O limite observável em torno do buraco negro corresponde ao horizonte de eventos. A matéria que é capturada para dentro deste horizonte desaparece, aumentando a massa do buraco negro. Acredita-se que esta matéria acabe se concentrando num ponto para dentro do horizonte de eventos, de densidade infinita.

Buracos negros são considerados a fase final de uma estrela de grande massa (maior que 5 vezes a massa do Sol), sendo chamados, inclusive, de sua “morte”. Estrelas são astros estáveis durante a maior parte de sua “vida” em que agem forças opostas de pressão interna e gravidade, mantidas em equilíbrio. No seu núcleo ocorrem constantes reações nucleares de fusão de núcleos de hidrogênio em hélio.

Quando todo o hidrogênio da parte central de uma estrela é consumido, ela sofre contrações e tem a temperatura do seu centro aumentada, propiciando o início de reações nucleares envolvendo elementos sucessivamente mais pesados. No final desse processo, se a massa estelar é elevada, ocorre uma explosão, denominada supernova. Essa reação pode resultar em um buraco negro se a massa do caroço remanescente da estrela for superior a, aproximadamente, três sóis.

Caso não se forme um buraco negro após a supernova, o resultado será uma estrela de nêutrons, outra possibilidade de fim de uma estrela. Não é possível visualizar um buraco negro, já que ele não emite qualquer radiação. Mas pode ser observado a partir do efeito causado nos demais astros.

Quando matéria é atraída por um deles, o caso mais comum é que ela forme um disco de acresção (veja explicação abaixo) em torno do buraco negro, e desça em espiral em direção a ele. No processo, a matéria do disco esquenta muito, emitindo diversas radiações. Existem hipóteses de que exista um buraco negro supermassivo no centro de cada galáxia, inclusive da Via Láctea, onde está o planeta Terra. As hipóteses que explicam tal fato são divergentes: uma delas sugere que o buraco negro seria o responsável pela formação das galáxias, devido à sua alta capacidade atrativa. Descobriu-se, porém, uma galáxia em que não foi detectado nenhum buraco negro, apesar de não se descartar a possibilidade de existência de um bem pequeno em seu centro.

Acredita-se que no momento conhecido como Big Bang o universo seria parecido com o interior de um buraco negro: pequenos buracos negros teriam se seguido a essa explosão inicial, devido às condições de alta temperatura e pressão. Ou seja, o fenômeno do buraco negro, que é ainda uma incógnita para a Ciência contemporânea, estaria na origem do universo.

Como ocorre a evolução da estrela, desde o momento em que é gerada?
As estrelas se formam a partir da contração de nuvens de gás, que têm extensões maiores do que o sistema solar inteiro. A contração continua até que a temperatura interna fique grande o suficiente para haver a ignição nuclear, ou seja, 4 núcleos de hidrogênio acabam dando origem a um núcleo de Hélio, liberando energia no processo. Estabelece-se então uma situação de equilíbrio, em que a pressão interna dos gases que formam a estrela segura a atração gravitacional e a estrela passa por um longo período de estabilidade, como aquele em que se encontra o Sol, que vai durar cerca de 4,5 bilhões de anos ainda. A evolução depois desta fase de estabilidade vai depender da massa inicial da estrela: Estrela com massa semelhante a do Sol vai acabar com uma anã branca quando acabar o combustível nuclear; Estrela com massa bem maior (maior do que 5 vezes a massa do Sol) vai evoluir mais rápido e as reações nucleares vão se tornando cada vez mais energéticas acabando por causar a explosão da estrela. O resultado dessa explosão pode ser um buraco negro ou uma estrela de nêutrons.

Como é possível tirar fotos de buracos negros?
Como os buracos negros não emitem radiação, é impossível obter a imagem de um buraco negro. O que se verifica são os efeitos que o buraco negro causa ao seu redor. Então o que se observa é que as estrelas e algumas vezes nuvens de gás que estão bem próximas ao buraco negro se movem com alta velocidade e a partir da medida desta velocidade (através do efeito Doppler da luz) pode-se calcular a massa do buraco negro. Existem pelo menos dois tipos de buracos negros: os estelares, que têm massas de 8 a 10 vezes a massa do Sol, e os supermassivos, que tem massas de 1 milhão a 1 bilhão de vezes a massa do Sol. Estes últimos estão no centro das galáxias, enquanto que os estelares podem estar em qualquer lugar em uma galáxia.

O que é o disco de acresção?
O disco de acresção se forma quando matéria gasosa, que tem momentum angular, é atraída para o buraco negro. Para conservar esse momentum angular, essa matéria fica girando em torno do buraco negro, sob a forma de um disco, e vai lentamente caindo para dentro dele, ao perder momentum angular. Nas regiões mais internas, o disco vai se aquecendo e emite radiação ultravioleta e X, que são observadas e constituem uma assinatura do disco e do buraco negro, uma vez que o disco não é resolvido, ou seja, não se pode observar sua forma, pois o disco é muito pequeno e muito distante de nós. Só observamos a luz total emitida.

Por que se acredita na existência de buracos negros dentro das galáxias?
As observações da velocidade das estrelas e algumas vezes de nuvens de gás no centro das galáxias mostram que a massa que as está atraindo é muito grande. Nas galáxias mais próximas bem como na nossa galáxia, estas observações chegam tão perto do centro da galáxia que se conclui que a quantidade de massa inferida pelo movimento não pode estar sob a forma de estrelas, pois elas teriam que estar muito próximas uma das outras, numa estrutura que não é estável. Portanto se conclui que tem que ser algo mais compacto, como um buraco negro.

Fonte: ctjovem.mct.gov.br

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