Transcript Buracos Negros - Instituto de Física

Buracos Negros
Introdução à Astronomia
Basílio Santiago
Por Luiz Gabriel Bongiolo
História
- Em 1783, John Mitchel foi o primeiro a se perguntar o que aconteceria se
uma estrela se tornasse tão massiva que a sua velocidade de escape fosse
igual à velocidade da luz .
- A questão ficou quase totalmente esquecida ate 1916 quando o físico alemão
Karl Schwarzschild encontrou a solução exata para a equação de Einstein
referente às estrelas massivas. O próprio Einstein ficou abismado ao saber
que Schwarzschild havida encontrado uma solução simples, elegante e
exata; e principalmente pela solução conter propriedades peculiares.
- Em seu segundo artigo Karl Schwarzschild sugeriu a existencia de uma
esfera mágica circundado a estrela massiva, com propriedades estranhas. A
esfera magica era um ponto sem volta. Schwarzschild não sabia mas estava
descobrindo o Horizonte de Eventos.
-Schwarzschild rapidamente aplicou a solução a aproximações anteriores que
havia feito a cerca da gravidade do sol e concluiu que se o sol fosse
comprimido a um raio de 3km ele se tornaria uma estrela negra e
colapsaria.
- Até então, a existência da esfera mágica não causava problemas visto que
era impossível espremer o sol até 3 km, porém era teoricamente um
desastre. Embora a teoria geral da relatividade fosse capaz de dar
resultados brilhantes, como a curvatura da luz estelar a cerca do sol, a
teoria não fazia nenhum sentido a medida que você se aproximasse da
esfera mágica em si, onde a matemática sugeria que a gravidade tornava-se
infinita.
- Em 1932 George Lemaître, pai da teoria do Big-Bang, mostrou que a esfera
mágica não era nenhuma singularidade onde a gravidade se tornava
infinita; era apenas uma ilusão matemática causada pela escolha de um
conjunto infeliz de elementos matemáticos.
-Em 1939 Einstein havia desistido da ideia de estrelas negras visto que elas
não aconteceriam por processos naturais. Ironicamente no mesmo ano J.
Robert Oppenheimer (que mais tarde construiria a bomba atômica)
mostrou que um buraco negro poderia se formar a partir de uma estrela
velha, massiva, que esgotou seu combustível nuclear e, por conseguinte,
implode sob a força da gravidade. No entanto, este julgava que a
propriedade era apenas uma sutileza nas equações da relatividade e
abandonou a ideia. Os buracos negros caíram no esquecimento até à
década de 60.
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- Em 1963, entretanto, esta visão começou a mudar quando o matemático
Roy Kerr encontrou uma solução que descrevia um buraco negro girando.
- Por causa das estranhas propriedades dos buracos negros, até o início da
década de 1990 a sua existência ainda era considerada ficção. A partir de
modernos recursos os físicos começaram a observar várias centenas de
buracos negros no espaço cósmico através de telescópios que medem
emissores de raios X que vem de fontes estelares. Como os buracos negros
são invisíveis, os astrônomos têm de usar meios indiretos para verificar a
sua existência. Nas fotografias, eles tentar identificar o “disco de acreção”
de gás rodopiante que circunda o buraco.
Definição
- Os Buracos Negros são corpos que não possuem mais
pressão interna suficiente para produzir uma força para
fora que contrabalance o peso de suas camadas externas, o
corpo colapsa matematicamente a um ponto. Este ponto é
chamado de singularidade, onde a densidade tende ao
infinito. O campo gravitacional é tão forte que nem mesmo
a luz é capaz de escapar e por isso tal corpo é chamado de
Buraco Negro.
Como se forma um Buraco Negro?
- Uma estrela com cerca de 10 vezes a massa solar desenvolve-se
durante cerca de 1 bilião de anos transformando hidrogénio em hélio
através de reacções nucleares que ocorrem no núcleo.
- Quando o combustível de hidrogénio se acaba, a estrela começa a
colapsar sobre si mesma por não haver nada que sustenha a pressão
da gravidade.
- À medida que a estrela encolhe, a gravidade aumenta.
Quando o raio da estrela for de 30 km a sua velocidade de escape tornase superior à da luz e forma-se um buraco negro.
Constituição de um Buraco Negro
Na verdade o Buraco Negro em si não
é visto pois as propriedades do
objeto em si não o permitem. A
identificação do buraco negro é
feita a partir dos eventos que estão
na sua volta retirados de imagens
de satélites e captações de raios X.
Suas características podem ser
definidas da seguinte forma:
Horizonte de eventos
- O horizonte de eventos fica no
centro do disco de acreção,
infelismente ele é pequeno demais
para ser identificado por
tecnologia atual.
- Corresponde a fronteira do Buraco
Negro. Tem este nome porque
qualquer evento que ultrapasse em
direçao ao buraco, não podera
mais ser captado por um
observador exterior. Consiste
numa onda de luz que não cai no
buraco mas também não consegue
escapar, continuando a mover-se
ao longo do raio de Schwarzschild.
Disco de Acreção
- Consiste na matéria que está a ser
absorvida pelo buraco negro. Esta
é atraída pela força da gravidade e
forma um disco enquanto
redemoinha para o buraco negro (
um pouco como a água num ralo
de um lava-louças).
- Usando as leis do movimento de
Newton, os astrônomos podem
calcular a massa do objeto central
sabendo a velocidade das estrelas
que orbitam ao redor. Se a massa
do objeto central tem uma
velocidade de escape igual à
velocidade da luz, então nem a luz
consegue escapar, o que
proporciona a prova indireta da
existência de um buraco negro.
Jatos de gás
-Nem todos os gases que caem em
direção a um buraco negro
atravessam o horizonte de eventos.
-Alguns desviam-se do horizonte de
eventos e são lançados na sua
tangente com velocidades enormes
e ejetados no espaço, formando
dois longos jatos de gás que
emanam dos pólos norte e sul do
buraco.
-Os jatos sao ejetados assim
provavelmente porque as linhas do
campo magnético da estrela em
colapso, à medida que se torna
mais intensas, concentram-se
acima dos pólos.
Categorias de Buracos Negros
Os Buraco Negros são considerados entidades físicas relativamente
simples pelo fato de podermos descrevê-los e classificá-los conhecendo
somente três características suas: massa, momentum angular (medida da
sua rotação) e carga elétrica. De acordo com a massa, podemos classificar
os buracos negros em dois tipos principais:
- Buracos Negros Estelares – Originados a partir da evolução de estrelas
massivas e portanto com massa da ordem das massas estelares. A
gravidade esmaga uma estrela moribunda até que ela implode.
- Buracos Negros Supermassivos - Estes são buracos negros de massa muito
superior aos anteriores e podem chegar a atingir massas milhares de vezes
superiores à do sol provavelmente formados quando o Universo era bem
mais jovem a partir do colapso de gigantescas nuvens de gás ou de
aglomerados com milhões de estrelas.
Atualidades
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- Recentemente, um buraco negro
foi definitivamente identificado
no centro de nossa própria
galáxia. Por infelicidade, nuvens
de poeira obscureceram o centro
galático; não fosse por isso
poderíamos ver da Terra uma
imensa bola de fogo vindo da
constelação de Sargitário. Seria
um buraco negro massivo.
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O próximo buraco negro galático
mais perto de nós fica no centro
da galáxia de Andrômeda, a
galáxia mais próxima da Terra.
Com cerca de 30 milhões de
massas solares e raio de
Schwarzschild de uns 90 milhões
de quilômetros. No centro de
Andrômeda ficam no mínimo dois
objetos massivos, provavelmente
restos de uma galáxia anterior que
foi devorada por Andrômeda há
bilhões de anos.
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- Uma das descobertas mais
espetaculares sobre os buracos
negros ocorreu quando o
telescópio de raios X Chandra
conseguiu espiar através de uma
pequena brecha na poeira no
espaço cósmico e observou um
grupo de buracos negros perto da
beira do universo visível. No
todo, seiscentos buracos negros
podiam ser vistos. Extrapolando a
partir disso, os astrônomos
estimam que existam pelo menos
300 milhões de buracos negros
em todo o céu noturno.
Bibliografias
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Site do Institudo de Física da Ufrgs.
http://www.if.ufrgs.br/~thaisa/bn/index.htm#indice
Livros:
-Stephen Hawking: Uma Breve História do Tempo: do Big Bang
aos Buracos Negros.
-Michu Kaku: Mundos Paralelos.