Buracos negros, o abismo do universo

No último dia 10 de abril, a Fundação Nacional de Ciências (National Science Foundation), revelou para a comunidade científica, pela primeira vez na história, a imagem de um buraco negro localizado no centro da Messier 87, uma enorme galáxia, situada a cerca de 54 milhões de anos-luz da Terra.  Esta foto foi gerada por uma rede global de radiotelescópios com o intuito de criar um telescópio virtual do tamanho da Terra gerando uma  potência de amplitude suficiente para visualizar a área ao redor de um buraco negro, especialmente o seu horizonte de eventos.

Figura 1: Radiotelescópios que formam a rede global chamada Event Horizon Telescope (EHT)

Fonte: Tecnoblog

Os buracos negros, segundo a Teoria Geral da Relatividade, correspondem a uma região do espaço caracterizada por um intenso campo gravitacional, do qual nada pode escapar. Assim, a gravidade gerada por esses corpos é tão intensa, que nem mesmo a luz consegue escapar de sua atração.  Isso ocorre porque sua densidade é infinitamente grande, provocando, assim, uma deformação na malha espaço-tempo que, por sua vez, faz com que a trajetória da luz seja alterada, ou mesmo, dragada de forma definitiva.

Mas como se originam os buracos negros?

Eles se originam após o colapso de grandes estrelas, cuja massa é pelo menos 30 vezes a massa do nosso Sol. O processo se inicia quando o hidrogênio, que é combustível da estrela, se esgota, cessando a fusão nuclear na estrela. Para estrelas cuja massa está entre 0,3 e 8 vezes a solar, o desequilíbrio entre as forças gravitacional e de fusão faz com que a estrela volte a entrar em ignição, utilizando para isso o Hidrogênio remanescente das camadas exteriores. Surgem assim,  as gigantes vermelhas!

Quando a fusão se esgota novamente, se a estrela tiver massa suficiente, ela começará a fundir Hélio ou até mesmo Carbono. Porém, na maioria das vezes, ela não consegue atingir a temperatura exigida para isso, e acaba lançando no espaço a sua atmosfera exterior, restando assim um núcleo de matéria degenerada de elétrons, um tipo de matéria comprimida pela gravidade onde um núcleo de prótons e nêutrons flutua em um mar de elétrons. Esse tipo de estrela é denominada anã branca e a energia do seu brilho é fruto do calor acumulado pela a estrela durante toda a vida, já que não há fusão. Apesar de muito pequena, a anã branca é extremamente densa, chegando a 109 kg/m3 ,  com temperaturas de até 100 mil graus Celsius.

Figura 2: Nebulosa planetária NGC 3132. No centro, pode-se ver uma anã branca. 

Fonte: NASA

 

Nas estrelas, que possuem entre 10 e 29 vezes a massa do Sol, o colapso inicial dá origem a uma reação extremamente violenta, produzindo uma explosão muito intensa, denominada de supernova. Após esse processo, se o núcleo da supernova ainda tiver muita massa, tudo é comprimido pela gravidade a tal ponto, que  os elétrons e prótons são fundidos e transformados em nêutrons. Essa estrela de nêutrons é extremamente densa! Só para se ter uma ideia, uma caixa de fósforo contendo esse material pesaria 3 bilhões de toneladas! Caso o núcleo dessa estrela tenha 2,27 vezes a massa do sol, nada poderá conter o seu colapso. Ela irá se contrair, ultrapassando todos os limites, fazendo com que seu volume tenda a zero, e sua densidade ao infinito, originando assim o buraco negro!

Aí, você deve estar se perguntando: “Como conseguiram fotografar  algo que não emite luz e que fica tão distante da terra?”

De fato, o anel luminoso que vemos na foto é, na verdade, o que os físicos chamam de “horizonte de eventos,” que é nada mais que um ponto onde a velocidade de escape do corpo ultrapassa a velocidade da luz. Para entender melhor esse conceito, faremos uma analogia bem didática! Imagine que você esteja com um carro que tenha tração nas quatro rodas, e deseja subir uma rampa cuja inclinação é de 10°. Bem, você deve estar imaginando: “Não é difícil realizar essa proeza com um carro de tração nas quatro rodas”, correto? Agora imagine uma rampa com uma inclinação bem maior, 70°, por exemplo. Claro que nessa nova situação o veículo precisará de toda a sua potência e, claro, a depender da inclinação, talvez não consiga vencer a força da gravidade! É exatamente o que ocorre no horizonte de eventos: a gravidade é tão forte, que seria necessário possuir uma velocidade maior que a da  luz para superar a atração oriunda do poço gravitacional gerado pelo buraco negro.

Figura 3: Analogia entre o horizonte de eventos e dois veículos tentando subir uma rampa. 

Fonte: Adaptada do Tecnoblog

A foto obtida pelos  radiotelescópios revela um anel luminoso. Porém, a parte mais interessante da imagem encontra-se no centro e não pode ser vista! O buraco negro é o círculo escuro envolvido pelo anel de luz e a região luminosa ao redor dele corresponde à fronteira do horizonte de eventos, de onde nada pode escapar!

Figura 3: Primeira imagem de um buraco negro da história, um ‘monstro’ maior que o Sistema Solar

Fonte: BBC

Segundo os cientistas, nem tudo foi revelado nessa foto. Ainda falta os jatos de luz que saem do buraco negro. Isso ocorre por que as partículas que caem no buraco negro em alta velocidade acabam colidindo entre si, ocasionando ejeção de parte delas em altas velocidades. Porém, essa foto ficará para uma próxima oportunidade!

Assista à entrevista dada pelo professor Vicente, professor da UNEB, no Rede em Movimento! Até a próxima!

 

Referências:

Esta é a primeira imagem de um buraco negro já captada

https://revistagalileu.globo.com/Ciencia/Espaco/noticia/2019/04/foto-de-um-buraco-negro-e-revelada-pela-primeira-vez-na-historia.html

O buraco negro da Galáxia M87: Os 30 pixels que encantaram o mundo – Parte 1

https://brasil.elpais.com/brasil/2019/04/10/ciencia/1554906802_123817.html

 

 

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