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Astronomia no Zênite
1000 palavras

Episódio 1: O buraco negro

 Da série 1000 palavras
Primeira foto de um buraco negro, do Event Horizon Telescope
Foto: Event Horizon Telescope collaboration et al.

Primeira foto de um buraco negro, do Event Horizon TelescopeFoto: Event Horizon Telescope collaboration et al.

Diz o ditado que uma imagem vale por mil palavras. E, claro, naquelas coincidências incríveis, que nos acenam mostrando que estamos certos, 1000 é o jeito binário de se escrever o número 8. E, coincidentemente, 8 é o meu número preferido. Então não dá pra escapar dessa ideia. Uma imagem, mil palavras.

E pra começar a série, vamos com a imagem que viralizou através da rede… A famosa primeira foto de um buraco negro.

Mas o que é um buraco negro, afinal de contas?

Há três caminhos para uma resposta. Há o caminho clássico, o caminho relativístico e o caminho astrofísico. Como todos se encontram ao final, vamos a eles…

Clássico

Quando Newton formulou sua Lei da Gravitação Universal, um dos subprodutos foi o conceito de “velocidade de escape”. Uma definição curta é: a velocidade inicial que um objeto deve ter, na superfície de um corpo celeste, para escapar de sua atração gravitacional. Ou, ainda, qual velocidade a bala de canhão deve ter, ao ser disparada para cima, para não cair de volta na superfície?

Para o planeta Terra, dada a sua massa e seu raio, essa velocidade é de 11km/s. Ou seja, qualquer coisa que seja arremessada para cima com uma velocidade menor do que essa vai subir, parar e cair. Mas se a velocidade inicial desse objeto arremessado for maior do que isso, sobre, sobe, sobe e vai embora. Ele, o objeto, escapa da Terra!

Cada planeta, cada lua, cada estrela tem a sua velocidade de escape, que é calculada a partir da sua massa e de seu raio.

Na época de Newton, acreditava-se que a luz era composta por partículas materiais, ou seja, acreditava-se que a luz tinha massa. E por ter massa, sofria a influência da gravidade. No começo do século XVIII, um geólogo chamado John Mitchell fez a seguinte pergunta: “e se houver, no espaço, um corpo celeste cuja velocidade de escape seja maior do que a velocidade da luz?” Por definição, a luz não conseguiria escapar desse objeto! Qualquer raio de luz emanado por esse estranho corpo subiria, pararia e cairia de volta.

Tal objeto hipotético deveria ser extremamente denso (grande massa e pequeno raio). Por exemplo, a massa da Terra deveria estar toda concentrada em uma bolinha com 3cm de raio para que sua velocidade de escape fosse de 300.000km/s.

Além disso, tal objeto seria impossível de ser observado, pois toda e qualquer luz emitida voltaria a ele mesmo, jamais chegando aos olhos de qualquer observador. Estranho, muito estranho. Mas essa estranheza não precisou ser enfrentada, porque logo ficou provado que a luz era uma onda e não tinha massa. Portanto, não deveria ser atraída pela gravidade alheia. E aqui termina o caminho clássico.

Relativístico

No começo do século XX, Einstein revolucionou a Ciência com sua Teoria da Relatividade. Em 1915, disse em uma linguagem matemática complicada, porém precisa, que a gravidade não era uma força entre duas massas; era, isso sim, uma curvatura do espaço-tempo. Na visão de Newton, a Terra gira em torno do Sol porque o Sol, com a sua massa, exerce gravidade e atrai nosso planeta. Para Einstein, a massa do Sol faz o espaço vizinho se curvar e a Terra, que se move por este espaço, não tem outra opção a não ser fazer uma órbita.

E com isso, finalmente percebeu-se que a luz, mesmo não tendo massa, sofria sim os efeitos da gravidade. (Fato comprovado em 1919, por observações feitas durante um eclipse, na cidade de Sobral, CE.)

Karl Schwarzschild usou as equações de Einstein e acabou chegando a uma pergunta similar à de Mitchell: “E se um corpo celeste tivesse tanta massa que enovelasse o espaço ao seu redor, de modo que até um raio de luz se tornasse seu prisioneiro?” Mesma resposta: seria extremamente denso e virtualmente invisível! E nada na Natureza apontava para a existência desse tipo de objeto. Fim do caminho relativístico.

Astrofísico

Até que em meados do século passado finalmente entendemos como funcionam as estrelas. Nascem a partir de imensas nuvens de gás e poeira, as nebulosas, e se formam devido à gravidade. Alguma parte de uma nebulosa tem uma concentração maior de matéria e, por isso, acaba exercendo força da gravidade nas outras partes. Isso faz com que mais matéria se junte ali. Mais matéria, mais gravidade. E quanto mais gravidade, mais matéria se junta. É um ciclo virtuoso!

Mas tanta matéria aglutinada expreme a parte central desse objeto em formação. Alta pressão, alta densidade, alta temperatura. Lá no núcleo, átomos de hidrogênio começam a se fundir. Bombas de hidrogênio começam a explodir! A tendência é espalhar tudo pelo espaço. Mas a gravidade não deixa. E assim se forma uma estrela, sua existência sendo um delicado equilíbrio entre duas forças, um cabo de guerra entre explosões nucleares e força da gravidade.

Uma hora, porém, os átomos que estão sendo fundidos no núcleo (o combustível da estrela) acabam. Isso demora bilhões de anos, mas acontece. Sobra somente a força da gravidade, e a estrela em final de vida desaba sobre si mesma. Se a massa total for grande o suficiente, esse colapso pode resultar em um objeto final que seja extremamente denso. Exatamente como pensado por Mitchell e calculado por Schwarzschild! A Natureza pode SIM criar objetos assim…

Batizados de “buracos negros” por John Wheeler, esses objetos são, por definição, invisíveis. Mas os efeitos que eles provocam no espaço à sua volta é tão violento que, dependendo dos objetos próximos, isso pode ser medido. E fotografado. Precisávamos, somente, de um telescópio supersensível. Ou vários, trabalhando em conjunto.

Usando a técnica da interferometria, onde diferentes aparelhos (ópticos ou não) formam uma linha de base que simula um aparelho único, muito mais potente, vários grupos se uniram para criar o EHT, Event Horizon Telescope, um conjunto de telescópios ao redor do mundo que usou a técnica de VLBI (Very Long Base Interferometry) para, finalmente, fotografar um buraco negro. Conseguiram ver o invisível!

E eis aí a nossa imagem, em EXATAMENTE mil palavras! Podem contar… Artigo de Astronomia no Zênite

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Buracos negros
Perguntas intrigantes

Créditos: Cherman, A. Episódio 1: O buraco negro. Astronomia no Zênite, 13 set. 2020. Disponível em: <https://www.zenite.nu/episodio-1-o-buraco-negro>. Acesso em: 27 out. 2021.
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