quarta-feira, 23 de janeiro de 2008

BURACO NEGRO: UM "RALO" POR ONDE A LUZ ESCOA...

Antes de mais nada, vale a pena apresentar uma esclarecedora abordagem de George E. A. Matsas e Daniel A. T. Vanzella, ao tema "Buraco Negro":


"Nosso sol, assim como toda estrela, é uma gigantesca fornalha queimando combustível nuclear. As reações nucleares presentes nas estrelas geram uma enorme pressão na matéria de dentro para fora. Tal pressão é, entretanto, contrabalançada pela força gravitacional que puxa a matéria de fora para dentro. Enquanto o equilíbrio entre estas forças perdura, a estrela permanece estável. Contudo, com o fim do combustível nuclear, que pode levar até alguns bilhões de anos, a força gravitacional passa a reinar soberana e tem início o colapso da estrela. O colapso de uma estrela é suficientemente rico em fenômenos para merecer toda uma discussão à parte, mas muito longa para ser incluída aqui. Para os nossos propósitos o que interessa é que se a estrela tiver uma massa suficientemente grande, i.e. da ordem de algumas massas solares, a força gravitacional é tão intensa, que nada(!) pode deter o colapso. Como conseqüência, o colapso não acaba enquanto toda a matéria da estrela não se concentrar num volume infinitamente pequeno. Esta região de densidade praticamente infinita é denominada singularidade. Suficientemente próximo da singularidade, o campo gravitacional é tão intenso que até mesmo o espaço e o tempo perdem o significado; neste sentido estas singularidades podem e devem ser consideradas verdadeiros abismos espaço-temporais.
Como que ``vestindo'' tais singularidades, elas estão sempre envoltas por uma fronteira denominada horizonte de eventos. Trata-se de uma superfície imaginária, no sentido que não é material, que separa a região interna da externa do buraco negro. Como no inferno de Dante, tudo que nele adentra é incapaz de retornar. Tal característica levou o eminente físico americano John A. Wheeler a denominá-lo buraco negro.
Em resumo, um buraco negro é a região de puro vácuo interno ao horizonte de eventos que envolve a singularidade. Estrelas algumas vezes maiores que o sol que, ao consumir seu combustível nuclear, derem origem a um buraco negro teriam um horizonte de eventos com um raio de alguns quilómetros. Mas como veremos a seguir devem haver buracos negros muito, muito maiores. Isso porque segundo a teoria da Relatividade Geral, os buracos negros seriam estruturas indestrutíveis e canibalizariam toda forma de matéria que passasse por suas imediações, tornando-se com isso cada vez maiores. "

IMPORTANTE: O fato dos buracos negros serem formados de pura gravitação torna sua estrutura muitíssimo simples; são completamente caracterizados por sua massa, rotação e carga elétrica. Todas as suas demais propriedades podem ser calculadas a partir destas três características.


Agora já estamos em condições para que eu reproduza um interessante esclarecimento do Observatório Astronômico da UFMG, que sei inicia com uma esprituosa observação de um mestre:

"Buraco Negro é uma "coisa"que de negro tem tudo, mas de buraco não tem nada.

Prof. Renato Las Casas (13/12/99)


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"

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