13 de março de 2016

Buracos Negros: Como São Formados, Tipos, Detecção, Horizonte de Eventos, Singularidade, Perguntas Interessantes etc

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Fala Assombrados! Depois de falar de muita coisa sobrenatural, finalmente chegou a hora de falar de um monstro real, os buracos negros. Imagine uma região no espaço que suga as coisas para dentro e nada consegue escapar. Aliás, quando digo nada, é nada mesmo, nem a luz! E mais, ninguém sabe o que acontece lá dentro e ele é invisível aos telescópios! Credo :) 

E pode ficar tranquilo que não vou trazer para vocês formulas matemáticas ou algo parecido, será algo mais básico, para que você compreenda facilmente os buracos negros. Vou primeiramente contar a história e como os Buracos Negros são formados, suas partes, tipos e formas de detecção. Depois eu vou responder algumas perguntas interessantes, como o que aconteceria se caíssemos dentro de um, se um se aproximasse da Terra, falarei sobre os buracos brancos e viagens no tempo, além de responder se nosso Sol pode virar um buraco negro.

Embarque em nossa nave e venha conhecer uma das coisas mais estranhas do Universo, os Buracos Negros...


O que é um Buraco Negro?

De acordo com a Teoria da Relatividade Geral, um buraco negro é uma região do espaço da qual nada, nem mesmo partículas que se movem na velocidade a luz, que é de 300.000 km/s, podem escapar. Por isso é chamado de buraco negro.

É o resultado da deformação do espaço-tempo, causada após o colapso gravitacional de uma estrela, com uma matéria astronomicamente maciça e, ao mesmo tempo, infinitamente compacta e que, logo depois, desaparecerá dando lugar ao que a Física chama de Singularidade.

Vamos voltar no tempo e descobrir como ele foram descobertos.

Um buraco negro é um corpo no céu que suga tudo para dentro de si, até mesmo a luz, e portanto é negro.


Histórico

A ideia de um corpo maciço do qual nada pode escapar foi formada primeiro pelo geólogo John Michell em uma carta escrita para Henry Cavendish em 1783 para a Royal Society:

Se um semidiâmetro de uma esfera da mesma densidade do sol esta além do sol em uma proporção de 500 vezes, um corpo caindo de uma altura infinita para ele teria adquirido em sua superfície maior velocidade que a da luz e, consequentemente, supondo-se que a luz seja atraída pela mesma força em proporção ao sua inércia com outros organismos, toda a luz emitida por um corpo como este retorna em direção a ele por sua própria gravidade adequada.

Em 1796, o matemático Pierre-Simon Laplace promoveu a ideia mesmo na primeira e segunda edição do livro Exposition du système du Monde.

Mas foi só em 1915 que voltariam a falar nesses objetos super maciços. Os buracos negros começaram a ser conhecidos a partir da análise da Teoria Geral da Relatividade, formulada por Albert Einstein. As equações dessa teoria falavam da gravidade. Basicamente, quanto maior a massa do corpo, maior a deformação no espaço-tempo e, por sua vez, maior a força de gravidade dele.

Assim alguns cientistas começaram a pensar se poderia haver um objeto que fosse tão pesado, mas tão pesado, que teria uma gravidade tão intensa que nada conseguiria escapar, um buraco negro.

Diversos pesquisadores começaram a trabalhar para ver se era possível existir um corpo assim e descobriram que sim, e que tudo estava intimamente ligado ao tamanho das estrelas.

Foi graças a Teoria Geral da Relatividade de Einstein que o ser humano pode descobrir os buracos negros


Como se Forma um Buraco Negro?

Para falar de buracos negros, devemos obrigatoriamente falarmos das estrelas. Resumindo, as estrelas são formadas em uma grande nuvem de gás e poeira, conhecida como nebulosa. Lá existe um monte de gás que conheça a se aglutinar em alguns locais formando uma estrela (isso demora milhões de anos),e é o tamanho da estrela formada que vai indicar o seu comportamento e como será a sua morte! Sim, estrelas morrem. Todas as estrelas morrem, inclusive o nosso Sol, e dependendo do seu tamanho, as estrelas podem virar no final de sua vida um anã branca, uma estrela de nêutrons ou um buraco negro.

- Estrelas "magrinhas" (Anã Branca): São as mais comuns e tem tamanho aproximado de até 8x o tamanho do nosso Sol. Têm uma vida longa e rica. No final de sua vida essas estrelas começa a tremer, a tremer, até expulsar de uma vez só toda sua camada externa. Nessa fase, a estrela é uma nebulosa planetária, um dos corpos mais bonitos do céu. Enquanto isso, a parte interna da estrela vai ficando cada vez menor até transformar-se numa anã branca.

- Estrelas "Gordinhas" (Estrela de Neutrons): Qualquer estrela que seja maior que 8x o nosso sol é uma gigante, e já começa a vida como gigante vermelha. Ela aquece mais, expulsa mais matéria na forma de um vento solar mais forte, e vive menos, muito menos. Em apenas algumas centenas de milhões de anos, a estrela consome todo o seu hidrogênio, e entra em colapso, explodindo, formando uma supernova. No seu núcleo fica uma estrela de nêutrons, que gira muito rapidamente, produzindo ondas de rádio e de luz. Um centímetro cúbico da matéria de uma estrela de nêutrons tem o mesmo peso que o Monte Everest.

- Estrelas "Gordonas" (Buraco Negro): Agora vamos pensar numa estrela imensa, grande mesmo, 30x ou mais maiores que o nosso Sol. Quando elas morrem a explosão é mega grande imensa, e é conhecida como hipernova. Nessa explosão, as partes externas caem sobre o núcleo de uma forma violentíssima. Na verdade, a atração em direção ao núcleo é tão forte que nada consegue escapar, nem mesmo a luz. Como a luz não escapa, esse corpo é escuro e recebe o nome de buraco negro. Na explosão também é liberado nos polos dois jatos de raio gama. Eta-Carinae é uma estrela na constelação de Carina que é forte candidata a explodir em uma hipernova.

Abaixo, vemos uma animação da NASA mostrando uma hipernova produzindo um buraco negro.


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- Colisão de Estrelas de Nêutrons 

Assombrados, acima eu disse que os buracos negros são formados a partir da explosão de estrelas muito grande, com massa superior a 30x o nosso Sol.

Recentemente surgiu uma nova teoria que mostra que a colisão de duas estrelas de neutros também pode gerar um buraco negro. Em 2014 a NASA apresentou um vídeo que mostra duas estrelas de nêutrons super densas se aproximando numa fusão cósmica cataclísmica que ao final forma um buraco negro.

O vídeo de colisão das estrelas de nêutrons, que foi produzido por cientistas no Goddard Space Flight Center da NASA, é na verdade uma simulação realizada por um super computador.

Ele começa com duas estrelas de nêutrons – a parte densa remanescente de uma violenta explosão de supernova do tamanho de uma cidade – separadas por 18 quilômetros. Um objeto contém cerca de 1.7 vezes a massa do nosso Sol, enquanto o outro objeto pesa 1.4 vezes a massa do Sol.

As duas estrelas de nêutrons começam a se espiralar uma em direção da outra, deformando-se. À medida que elas chegam perto, a remanescente estelar maior esmaga a menor, fazendo com que ela entre em erupção  e forme um braço espiral ao redor da estrela de nêutrons maior.

“Em 13 milissegundos, a estrela mais massiva tinha acumulado muita massa para suportar a gravidade e entra em colapso, e um novo buraco negro nasce”, disseram os cientistas da NASA. “O evento de horizonte do buraco negro – seu ponto sem retorno – é mostrado por uma esfera cinza. Enquanto que a maior parte da matéria de ambas as estrelas de nêutrons cai em direção ao buraco negro, parte da matéria menos densa, se movendo rapidamente, começa a orbitá-lo, formando rapidamente um grande torus em rotação”.


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As Partes de um Buraco Negro

Um buraco negro é uma esfera negra, que pode ser dividida em duas partes:

- Horizonte de Eventos: O Horizonte de Eventos, popularmente conhecido com o ponto de não-retorno, é a fronteira teórica ao redor de um buraco negro a partir da qual a força da gravidade é tão forte que nada consegue escapar. É a área negra do buraco negro propriamente dito.

- Singularidade: Tudo o que é tragado pelo horizonte de eventos vai cair em um ponto chamado singularidade. Ninguém sabe exatamente o que ele é. Sabe-se que pode ser infinitamente densa, onde toda matéria é concentrada num local sem volume ou superfície! É uma das coisas mais malucas que existem...

Parte de um buraco negro. Veja que o horizonte de evento é negro, porque tudo o que entra nele, não sai, nem mesmo a luz


Outra imagem, com angulo diferente, explicando um buraco negro


Tipos de Buracos Negros

Os buracos negros existem em duas formas: estelares e supermassivos.

- Buraco Negro Estelar: formado a partir do colapso de uma única estrela. Existem aproximadamente 10 milhões na via láctea.

- Buraco Negro Supermassivos: Um buraco negro supermaciço é uma classe de buracos negros encontrados principalmente no centro das galáxias. Ao contrário dos buracos negros estelares que são originados a partir da evolução de estrelas maciças, os buracos negros supermaciços foram formados por imensas nuvens de gás ou por aglomerados de milhões de estrelas que colapsaram sobre a sua própria gravidade quando o universo ainda era bem mais jovem e denso.

Os buracos negros supermaciços possuem uma massa milhões ou até bilhões de vezes maior que a massa do Sol. A maioria dos buracos negros supermaciços já catalogados estão em forte atividade, ou seja, continuam atraindo matéria para si, aumentando ainda mais a sua massa.

Curiosidade: Em fevereiro de 2015, foi publicada na revista britânica "Nature" que um grupo de cientistas descobriu um buraco negro com uma massa aproximadamente 12 bilhões de vezes maior que a do Sol, e que pertence a uma época na qual o universo tinha cerca de 900 milhões de anos.

E mais, um Buraco Negro Supermassivo forma galáxia! Sua imensa massa atrai estrelas e lentamente forma as galáxias que vemos hoje.

Buraco Negro Super Maciço no centro de uma galáxia


Formas de Detecção

Os buracos negros, como já disse diversas vezes, são negros porque nada, nem mesmo a luz escapa dele. Portanto, como que é que nós aqui da Terra podemos encontrar algum? De forma indireta! São duas formas:

- Através da emissão de raios-x: Para felicidade dos astrônomos, muitas estrelas nascem aos pares, ou até mesmo em grupos maiores, como se fossem gêmeas. Assim, se o buraco negro se formar perto de outra estrela, ele vai acabar engolindo pedaços dessa estrela. Ao cair em direção ao buraco negro, esses pedaços se aquecem muito e formam um disco. Produzem, então, raios-X, e observando esses raios-X, os astrônomos podem saber da existência dos buracos negros, mesmo que estes não possam ser vistos diretamente.

- Perturbação da Vizinhança: Pode-se detectar um buraco negro pelo efeito de sua massa sobre o movimento de estrelas em uma dada região do espaço. Foi usando esse método que os cientistas descobriram que no centro da Via Láctea de outras milhares de galáxias existem Buracos Negros Supermaciços.

Raio-X emitido por um buraco negro que está devorando uma estrela


Algumas Perguntas Interessantes

- E se um Buraco Negro Chegar perto da Terra?
Fim da linha. Infelizmente não teríamos o que fazer! Se um buraco negro chegar perto demais de nosso planeta, ele vai devorá-lo, não vai sobrar nada, tudo vai ser tragado para dentro dele. Primeiro, a atmosfera seria sugada, em seguida, o planeta em si.

Se um buraco negro chegar perto demais da Terra, o planeta estaria acabado, seria tragado para dentro dele.


Se caíssemos em um buraco negro,
ocorreria a Espaguetificação ou
viraríamos umHolograma
- O que Aconteceu se Cairmos num Buraco Negro?
Imagine você e um amigo indo até um buraco negro. Um de vocês é macho e resolve ir até o horizonte de eventos, o ponto sem volta. O que seu amigo que ficou fora do horizonte de eventos veria? Você parado! Simples, a luz que tenta sair do buraco negro e puxado novamente antes de chegar aos olhos, portanto veria você paradão no tempo.

Agora o que aconteceria com você é tenso, mas seria assim provavelmente. Ocorreria a espaguetificação do seu corpo. À medida que você se aproximasse do buraco, a diferença de gravidade entre seus pés e a sua cabeça aumentaria cada vez mais, e em algum momento você se partiria em dois. E logo a força de maré, como se denomina essa atração, desgarraria cada célula, molécula e átomo de seu corpo. Forma horrível de morrer!

Já um pesquisa recente discorda da teoria da espaguetificação. A pesquisa mostra que, em vez de sermos devorados, se caíssemos em um buraco negro seríamos absorvidos e viraríamos um holograma - sem nem perceber.

- Podemos viajar no Tempo em um Buraco Negro?
 Assombrados, existem duas formas de viajar no tempo. Viajando próximo a velocidade da luz e ficar parado perto de um buraco negro. Quem assistiu o filme Interestelar viu que quando eles foram visitar um planeta que estava perto de um buraco negro, eles ficaram apenas 2 horas nele e se passaram mais de 20 anos para quem ficou na nave!

- O que tem do outro lado de um Buraco Negro?
Muitos acreditam que tudo que é sugado pelo buraco negro surge do outro lado, em um buraco branco. Portanto, existiram múltiplos Universos. Alias, para alguns, o nosso Big Bang foi a explosão de um buraco branco! Em 2015, o físico britânico Stephen Hawking afirmou que viajantes espaciais poderiam terminar em outro universo.

- Se cair em um buraco negro, não se renda — disse Hawking em uma entrevista coletiva em Estocolmo, na Suécia. - Há uma saída.

Hawking afirmou ainda que se o buraco fosse suficiente grande e estivesse girando, poderia ter uma passagem a um universo alternativo.

Teoria diz que tudo o que entra por um buraco negro, sai por um buraco branco

- O Sol pode Virar um Buraco Negro?
Pode ficar tranquilo que o nosso Sol não vai virar um buraco negro. Quando o Sol morrer, ele vai virar uma anã branca. Ah, uma curiosidade. A Anã branca também "morre". Cálculos dizem que quando ela perder toda a sua energia, ela vai virar um Anã Negra. Só que isso levaria tanto tempo, que é não existe nenhuma Anã Negra no Universo atualmente. Para uma Anã Branca virar Anã Negra, são necessários trilhões de anos, e nosso Universo tem apenas 14.3 bilhões.

Nosso Sol não vai virar um buraco negro. Quando nosso Sol "morrer" ele vai virar uma Anã Branca


- Buracos Negros podem Colidir uns com os outros?
Sim, e quando ocorrem uma super mega hiper explosão acontece. Uma explosão tão grande que deforma o espaço-tempo, criando as ondas gravitacionais, que foram finalmente descobertas depois de 100 anos. Em 2015, pesquisadores do projeto Ligo (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) encontraram essas "distorções no espaço e no tempo" causadas pela colisão de buracos negros registrada detectada em 14 de setembro de 2015. Cada um dos dois objetos pesava cerca de 30 vezes a massa do Sol, e o fenômeno ocorreu a 1,3 bilhão de anos-luz. Agora você pode ter idéia do tamanho da explosão!

A colisão de dois buracos negros gera um explosão tão grande que cria uma onda no espaço-tempo, as chamadas ondas gravitacionais


- Existe um Buraco Negro Supermassivo no Centro da Nossa Galáxia?
Sim! É chamado de Sagitário A* (pronuncia-se “Sagitário A-estrela”) e contém aproximadamente quatro milhões de vezes a massa de nosso sol. Ele está a 26.000 anos luz da Terra e cada objeto da Via Láctea orbita ao redor dele.

Todo objeto da nossa Via Láctea gira ao redor de um buraco negro supermassivo chamado Sagitário A*


Conclusão

Nosso Universo é um lugar bizarro, com dimensões que nossa mente não consegue entender. E nesse Universo, muita coisa estranha existe, e uma das mais estranhas são os buracos negros.

Como pode um corpo sugar tudo o que existe ao seu redor, inclusive a luz, para um ponto infinitamente denso chamado singularidade?

É algo muito estranho, que deixa os cientistas de cabelo em pé. Ainda vamos aprender muito sobre eles...

E é isso ai assombrados, espero que tenham gostado de conhecer um pouco mais sobre os buracos negros. :)

- Fontes (Acessadas em 12/03/2016):
- Misterios do Universo: Eventos Astronômicos - O que são Hipernovas?
- SpaceToday.com.br: NOVO VÍDEO DA NASA MOSTRA DUAS ESTRELAS DE NÊUTRONS COLIDINDO E FORMANDO UM BURACO NEGRO
- AstroNews: Colisão de Estrelas de Nêutrons
- AstroUSP: As Três Mortes das Estrelas
- InfoEscola: Buraco Negro
- HypeScience: O ciclo de vida de uma estrela
- ZH Planeta Ciência: Stephen Hawking diz que buracos negros podem levar a universo paralelo
- Wikipedia.pt: Disco de acreção
- Wikipedia.pt: Hipernova
- Wikipedia.pt: Buraco negro
- Wikipedia.pt: Singularidade gravitacional
- Wikipedia.pt: Buraco negro supermaciço
- G1: Cientistas descobrem buraco negro 12 bilhões de vezes maior que o Sol
- Mundo Estranho: O que é um buraco branco?
- Wikipedia.pt: Espaguetificação
- Galileu: Não tenha medo de cair em um buraco negro - você pode viver em um, como um holograma
- Scientific American Brasil: Buraco negro da Via Láctea devora nuvem espacial
- G1: Experimento vê ondas gravitacionais, fenômeno previsto por Einstein
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