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  • Foto do escritorThais Gebran

Buracos Negros: O que são esses gigantes do universo?

Os buracos negros começaram a serem estudados há vários séculos. A primeira ideia do que seriam esses gigantes, foi proposta no século 18, pelo físico inglês John Michell. Tomando como base as pesquisas de Isaac Newton, Michell chegou à conclusão de que se uma estrela tivesse no mínimo 500 vezes mais massa que o Sol, a estrela negra (como era chamada por ele), não emitiria luz, afinal, a velocidade de escape da estrela seria muito grande, e nada teria rapidez suficiente para escapar dela.


Os estudos continuaram e, em 1915, o físico teórico alemão Albert Einstein, publicou a teoria da relatividade geral, a qual descreve que o espaço e o tempo não são dois conceitos diferentes, na realidade, são dois conceitos diretamente associados entre si e que apresentaria papel crucial para o desenvolvimento de diversos estudos e a previsão desses gigantes. Sendo assim, ao mudar o movimento de um objeto no espaço, também resultaria em uma alteração do seu movimento no tempo. Einstein ainda fez uma equação de campo, resolvida pelo astrônomo e físico alemão Karl Schwarzschild, que apresentou como resultado a ideia de que quando toda a massa de um corpo estava contida em um certo volume, a velocidade de escape se iguala a velocidade da luz, e a massa, por sua vez, fica concentrada em um ponto, conhecido como singularidade. Ou seja, é um ponto de densidade infinita, que se localiza no centro dos buracos negros e tudo que entra, não consegue mais sair. Com isso, o espaço e tempo são tão distorcidos que tendem ao infinito. Tal conclusão fez com que Einstein duvidasse da existência do que seriam estabelecidos hoje enquanto buracos negros. Foi apenas em 1965, que o físico Roger Penrose, através de muitos estudos sobre a relatividade geral, conseguiu provar que objetos de alta densidade, quando sofrem um colapso gravitacional, chegam em um ponto de massa infinita, no qual as leis da natureza não se aplicam mais. Sendo assim, a singularidade não apenas era possível, como também inevitável. 


A formação dos buracos negros é originada, por exemplo, a partir de uma supernova. Quando uma estrela supermassiva, com massa de cerca de trinta vezes a massa do Sol, morre- consequência da ausência de combustível para realizar fusões nucleares - ocorre uma explosão, em seguida, ela colapsa em si mesma, concentrando toda a massa em um pequeno espaço, formando um buraco negro estelar, que é o tipo mais comum observado. 


Já o outro tipo de buraco negro, os supermassivos, que possuem cerca de um bilhão de vezes a massa do Sol, e acredita-se que eles já existiam pouco tempo após a formação do universo. Uma das hipóteses indica que buracos negros menores colidem e, desse modo, vão se juntando e formam esses tipos de gigantes. Para isso ocorrer, alguma galáxia deveria possuir pelo menos dois buracos negros supermassivos que estivessem a uma determinada distância, possibilitando suas colisões. 


Recentemente, o telescópio espacial James Webb, descobriu a formação de buracos negros no início da galáxia. A ideia anterior dos dois buracos negros supermassivos foi vista e, consequentemente, comprovada pelo instrumento, que encontrou dois gigantes a 740 milhões de anos após o Big Bang e em rota de colisão, o que nos leva acreditar cada vez mais nesta hipótese. 


Figura 1: Primeira foto de um buraco negro, o M87*, tirada em 2019.


O buraco negro M87*, foi o primeiro a ser fotografado em abril de 2019. Encontra-se localizado a aproximadamente 55 milhões anos-luz de distância e possui cerca de 6,5 milhões de vezes a massa do Sol. E através dessa fotografia, a teoria da relatividade geral e os modelos da gravitação universal foram  novamente comprovados. 


Contudo, se nem a luz escapa dos buracos negros, como foi possível tirar essa imagem? Esses retratos, na verdade, são as sombras dos buracos negros, definidas pelo disco de acreção, que é formado por poeira e gases. Tais partículas se movimentam em espiral para dentro do horizonte de eventos e em uma velocidade tão alta, a qual gera a emissão de raios ultravioletas e infravermelhos. Essa luz, por sua vez, chega até nós em função do desvio sofrido pela gravidade por conta dos efeitos da distorção no espaço tempo – tanto que a parte de cima do buraco negro que vamos na foto, na realidade, está atrás. 


Uma das estruturas que compõem esses gigantes são os discos de acreção, os quais inclusive podem emitir jatos de partículas altamemte energéticos quando acelerados para longe do buraco negro. Dentro do disco, tem a ergosfera, o local onde a matéria fica girando antes de adentrar na singularidade, e o horizonte de eventos, que é definido como uma fronteira teórica ao redor do buraco negro, que limita o ponto em que a força da gravidade é tão forte, que nada, nem mesmo a luz, consegue escapar. 


Um experimento mental interessante de ser feito é descrito da seguinte maneira: se alguém caísse em um buraco negro, e não conseguisse escapar antes de chegar no horizonte de eventos, ela seria espaguetificada, isso significa que, se ela entrasse primeiro com os pés, a força de atração exercida na parte inferior seria muito maior do que a na cabeça, então, seu corpo seria tão esticado que acabaria sendo dilacerado. Contudo, suponhamos que a pessoa consiga passar pelo horizonte de eventos e chegue ao centro do buraco negro.


Para um observador de fora, o tempo passaria mais devagar por conta do campo gravitacional e a pessoa mudaria sua cor para vermelho, como consequência das luzes emitidas e refletidas por ela, até que a luz ficasse tão fraca que não seria mais possível vê-la.


Figura 2: Buraco negro Sagitário A*, que está no centro da Via Láctea.


Existem muitos buracos negros espalhados pelo universo, segundo o Space Telescope Science Institute - responsável pela operações dos telescópios Hubble e James Webb, existem tantos buracos negros no universo que é praticamente impossível contá-los, e estima-se que só na Via Láctea existam mais de 10 milhões desses gigantes. Cada galáxia possui um buraco negro supermassivo, e nós estamos girando em torno do Sagitário A*, que possui 4 milhões de vezes a massa do Sol e é o maior da nossa galáxia, mas ele não apresenta perigo, já que estamos orbitando uma região distante do seu centro. 


Já o maior buraco negro descoberto é o TON 618, que possui massa estimada de 66 bilhões de sóis, sendo um dos objetos mais brilhantes já encontrados no universo e possuindo um raio de aproximadamente 195 bilhões de quilômetros. 


Figura 3: Gargantua, buraco negro do filme Interestellar.


Saindo da realidade e indo para a ficção científica, especificamente o cinema, inúmeras foram as tentativas de simulações desses objetos mirando o que previa os cálculos. O filme Interestellar, produzido por Christopher Nolan, em 2014, conseguiu por anos, com sua simulação do buraco negro Gargantua ser, até a divulgação da primeira fotografia real em 2019, a mais fiel das imagens. A história traz enquanto narrativa o cenário de um planeta Terra cada vez mais escasso em recursos possíveis para a sobrevivência. Tal narrativa, desenvolve-se  quando alguns pesquisadores acham outra galáxia que possui planetas possivelmente habitáveis. Foram ao todo levados doze cientistas, um para cada planeta do sistema, para saberem quais poderiam habitar uma nova população. Após uma seleção, outros companheiros são encaminhados para averiguar as situações de cada local e tentar salvar a humanidade. 


Em determinado momento do filme, para irem de um planeta até o outro, os cientistas passam por um buraco negro, porém, apesar do gigante mostrado no filme ter características semelhantes com os da realidade, ainda possui algumas diferenças dignas de nota. O disco de acreção, por exemplo, está muito mais simétrico e em um estado mais inicial, ou seja, foi desconsiderado o efeito da dilatação do tempo. Além disso, pelo fato do planeta estar localizado muito próximo do buraco negro, a quantidade de radiação possuída é maior, não sendo possível existir água e nem vida. Contudo, tais modificações visam gerar uma melhor experiência e entendimento para o público.


Referências bibliográficas




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