Buracos Negros – Os Devoradores da Realidade

Os buracos negros sempre impactaram a todos, inspirando sempre uma aura de terror. Em verdade, eles são considerados uma das mais importantes descobertas científicas de todo o século XX.

A expressão foi adotada pela primeira vez pelo cientista norte-americano John Wheeler, em 1969, para descrever uma ideia surgida 200 anos antes, com o professor de Cambridge John Michell. O termo "buraco" indica que os eventos ocorridos em seu interior não são vistos por observadores externos, enquanto o termo "negro" é usado porque nem mesmo a luz (velocidade de aproximadamente 300.000 km/s) pode escapar do seu interior.

O tema foi estudado e abordado pelos mais brilhantes cosmólogos e físicos, como o já citado John Michell, também Laplace, Schwarzschild, Chandrasekhar, Landau, Einstein e Stephen Hawking. Mesmo assim, continua a ser um grande mistério à ciência.

Mas o que é realmente um buraco negro?

- O que são?

De forma muito simplista, o buraco negro é uma região do espaço que possui uma quantidade tão grande de massa concentrada que nada consegue escapar da atração de sua força de gravidade. Nada, nem mesmo a luz.

Ele é o resultado da deformação do espaço-tempo, causada após o colapso gravitacional de uma estrela infinitamente compacta. Logo após a compactação da estrela, ela desaparecerá dando lugar ao que a chamamos na física de "singularidade". Esta "singularidade" é o coração de um buraco negro, onde o tempo para e o espaço deixam de existir.

Como a melhor teoria gravitacional no momento ainda é a Teoria da Relatividade Geral de Einstein,
apoiam-se as conjecturas sobre tais postulados. Segundo ela a força da gravidade seria uma manifestação da deformação no espaço-tempo causada pela massa dos corpos celestes, como os planetas ou estrelas. Assim, quanto maior a massa do corpo, maior a deformação e por sua vez, maior a força de gravidade dele.

Nos buracos negros há uma concentração de massa tão grande em um ponto tão infinitamente pequeno que a densidade é suficiente para causar tal deformação no espaço-tempo que a velocidade de escape neste local é maior que a da luz. Como nada consegue se mover mais rápido que a velocidade da luz, nada pode escapar de um buraco negro.

- O limite da realidade:

Em um buraco negro existe algo chamado "horizonte de eventos", que é uma superfície esférica que marca as fronteiras do buraco negro. Você pode passar através do horizonte de eventos no sentido de entrada, mas depois não pode mais sair. Uma vez cruzado o horizonte de eventos, você está inexoravelmente fadado a se aproximar cada vez mais da "singularidade" localizada no centro do buraco negro.

O horizonte tem algumas propriedades geométricas realmente estranhas. Para um observador que esteja imóvel a alguma distância do buraco negro, o horizonte parece ser uma superfície esférica tranquila e estática. Mas à medida que você se aproximar do horizonte, perceberá que ele está se movendo a uma velocidade espantosa. Na verdade, está se expandindo à velocidade da luz!

Isto explica porque é tão fácil atravessar o horizonte na direção para dentro, mas impossível retornar. Como o horizonte está se movendo à velocidade da luz, para poder escapar de volta através dele você teria que viajar a uma velocidade superior à da luz e como dissemos anteriormente, nada pode viajar mais rápido do que a luz.

Uma vez dentro do horizonte, o espaço-tempo é tão distorcido que as coordenadas que descrevem distância radial e tempo trocam suas posições. Ou seja, a coordenada que descreve a sua distância do centro, passa a ser uma coordenada temporal, e vice-versa.

- Como se formam?

O surgimento dos buracos negros está relacionado com o ciclo de vida das estrelas. As estrelas surgem de imensas nuvens compostas de pequenas partículas de matéria e de gás hidrogênio, que existe em abundância no Universo. Após um longo tempo brilhando e convertendo o seu hidrogênio em hélio, o combustível se esgota, a pressão de radiação diminui e o núcleo contrai-se devido à ação do campo gravítico e as estrelas entram em colapso. O que vem a seguir depende do seu tamanho.

As estrelas mais massivas explodem em supernovas. No lugar, o núcleo original da estrela se contrai. Se a massa deste núcleo for maior que 2 massas solares, então nem mesmo a pressão de degeneração dos nêutrons pode travar o colapso e ela cai sobre mesmo, formando um buraco negro.

- Onde estão?

Embora o conceito de buraco negro tenha surgido em bases teóricas, astrônomos têm identificado inúmeros candidatos. Estudos demostram indícios da existência de buracos negros super maciços no centro de galáxias (indicações apontam inclusive um no centro da própria Via Lactea).

A dificuldade encontra-se na impossibilidade de ver um buraco negro diretamente, devido a luz não sair de seu horizonte de eventos. Assim, temos que confiar em evidências indiretas da existência deles.

Podemos detectá-los por meio da interação com a matéria em sua vizinhança, como a observação do movimento de estrelas em uma dada região do espaço. Ou ainda a detecção da grande quantidade de radiação emitida quando a matéria de uma estrela é devorada, aquecendo-se a altas temperaturas.

- Hollywood ajudando a ciência:

Recentemente, no filme Interstellar, os produtores resolveram contratar o físico Kip Thorne - considerado uma das maiores autoridades em gravitação da atualidade - em busca de maior realismo nas filmagens.

O roteiro do filme pedia um buraco de minhoca e um buraco negro gigante. Thorne então produziu uma série de equações para a modelagem de um buraco negro. Em seguida, artistas de efeitos especiais foram alimentaram um programa de renderização. Einstein já havia previsto que a distorção do espaço-tempo causada pelo buraco negro funcionaria como uma lente de aumento, contudo o que eles viram surpreendeu a todos. 

Assistindo a animação, baseada nestes conceitos, Thorne viu um “eco luminoso” do disco. Esse eco se formava acima e abaixo do buraco negro. Este efeito deu aos físicos um novo insight de como a luz se comporta em torno dos buracos e garantiu a imagem mais cientificamente precisa até o momento.

- E se nós caíssemos em um Buraco Negro?

Se você chegasse perto de um buraco negro a interação gravitacional seria aumentada absurdamente. Se, por exemplo, pular de cabeça no buraco, o topo de sua cabeça sentiria muito mais a força gravitacional do que seu pé, até que você esticasse como um espaguete (o nome desse efeito é "espaguetificação"). Eventualmente você viraria um amontoado de partículas subatômicas que são sugadas para dentro do buraco negro.

Porém, quanto maior o buraco, menos extrema sua superfície é. As forças no horizonte do evento seriam mais amenas e você até poderia manter a integridade.

Lembrando que a luz que chega lá fica por lá mesmo, presa pela gravidade, primeiramente você vê do lado de fora uma bola totalmente negra, eventualmente circundada pelos restos mortais de alguma estrela que esteja sendo digerida.

Em algum lugar com campo gravitacional bem forte o ritmo da passagem do tempo muda. Primeiramente nos aproximariamos da velocidade da luz, conforme entrassemos no buraco negro. Curiosamente, quanto mais rápido você se movesse pelo espaço, mais devagar se moveria o tempo. Chega um momento em que um segundo para você vale um século aqui na Terra. E quem pudesse te ver daqui, veria o seu corpo como uma estátua. Congelado. Você precisa de quase um século para completar uma piscada de olho.

Cada metro a mais que você cai em direção ao centro do buraco significa um déficit exponencialmente maior. Um segundo seu vai durar um milhão de anos na Terra. Depois um bilhão. Então se você olhasse para frente, veria cada objeto que caiu lá no passado. E se você olhasse para trás, conseguiria ver tudo que um dia vai cair atrás de você. O ponto é: você veria a história inteira daquele ponto do universo simultaneamente, do Big Bang até o futuro distante.

Você cairia eternamente, sem gravidade e na completa escuridão. Paradoxalmente caindo eternamente para si e nunca caindo, para o restante do Universo.

- O Monstro:

O Buraco Negro localizado na galáxia NGC1277 foi descoberto pelos astrônomos da Sociedade Max Planck, em Berlim. Ele é um dos maiores já observado da Terra.

Para se ter uma ideia de sua magnitude, sua massa equivale a 17 bilhões de sóis e seu tamanho é cerca de 11 vezes tão largo quanto a órbita de Netuno em torno do nosso Sol! Sozinho, ele concentra cerca de 14% da massa de sua galáxia.

"Essa é uma galáxia realmente diferente", conta o astrônomo da Universidade do Texas - Austin, Karl Gebhardt. "Ela é quase toda feita de 'buraco negro'".

- Mini buracos negros:

Quando o acelerador de partículas mais poderoso do mundo, o Large Hadron Collider, estava a ser construído, os cientistas perguntavam-se se ele poderia tornar-se uma "fábrica de buracos negros", gerando um buraco negro tão frequentemente quanto cada segundo.

Se os físicos, de fato, conseguirem criar buracos negros com tais energias na Terra, isso poderia provar a existência de dimensões extras no universo. Por mais assustador que possam parecer, felizmente tais entidades infinitesimais não representam um risco para o planeta.

Stephen Hawking calculou que todos os buracos negros devem perder massa ao longo do tempo, fenômeno chamado de radiação Hawking. Assim, os minúsculos buracos negros devem encolher através da evaporação muito mais rapidamente do que crescer a engolir matéria, morrendo dentro de uma fração de segundo, antes de poderem engolir uma qualquer quantidade significativa de matéria.

Até agora os pesquisadores não os detectaram no LHC, Contudo, o interesse nessa possibilidade permanece vivo.

- O rugido:

A fim de obter o som de um buraco negro, especialistas da NASA converteram as ondas de raio-X que chegam do espaço na forma de sons audíveis.

Sendo assim, esse som na verdade é a radiação emitida pela matéria (desde que não tenha passado pelo horizonte de eventos) e que está sendo engolida pelo buraco negro. Confira:

  

- E para onde tudo vai?

Do ponto de vista da física ortodoxa, não dá para saber. O nome do centro do buraco é “singularidade”. Ago único. Um ponto. Algo com dimensão zero e gravidade infinita. Dimensão zero porque não é só o tempo que termina dentro do buraco, mas o conceito de espaço termina também. É como se a gravidade infinita sugasse o próprio lugar onde o buraco negro está. Não sobra mais nada. É o fim de tudo.

Mas essa não é a única resposta que existe.

Segundo alguns teóricos, o buraco negro construiria um túnel no espaço-tempo do nosso próprio universo. Nesse atalho, criado no espaço tempo, duas regiões totalmente distintas e afastadas ano-luz seriam ligadas. Em uma ponta haveria um buraco negro sugando matéria e luz, e em outra ponta um buraco branco, criando matéria e luz.

Outros físicos vão além e teorizam que a “singularidade” seria um centro multidimensional. Uma unidade básica de espaço (um emaranhado de cordas cósmicas, junto com todas as dimensões). Assim, no centro de cada buraco negro existiria um gameta de Universo. Nessa hipótese, quando um material qualquer toca a superfície de um buraco negro ele se tornaria um holograma, uma cópia quase perfeita de si.

Então o espaço e o tempo recomeçaria “do outro lado” do buraco. Ou seja: cada um deles guardaria um Big Bang, o início de outro Universo, completamente desconectado do nosso. Mesmo o nosso próprio Big Bang teria começado a partir de um buraco negro de outro universo.

Talvez os buracos negros não sejam os assassinos cruéis, que nós acreditávamos. Talvez sejam criadores de universos, ou mesmo pontes no Cosmos. As implicações são profundas e a própria natureza do universo residem neste insólito e titânico fenômeno cosmológico. Fenômeno este que desafia nossa capacidade científica e estimula nossa imaginação ao máximo.

Henrique Guilherme

Escritor e estudioso.

Curioso a cerca de grandes mistérios e Cosmologia

http://www.facebook.com/henrique.aborigine