Buracos negros – Como se formam? Características e Teoria da Relatividade

Buracos Negros podem ser definidos como uma região de espaço-tempo onde a luz não consegue escapar para chegar a um telespectador distante. De acordo com a Teoria da Relatividade, nada pode viajar mais rápido que a luz, portanto, se a luz não pode escapar dessa região, tudo será tragado de volta pelo campo gravitacional.

Formação dos Buracos negros

Buracos negros

Primeiramente, vamos entender como é o nascimento de uma estrela. Após o Big Bang, com o passar do tempo, o gás hidrogênio e o hélio se dividiram em nuvens, que chamamos hoje de nebulosas.

Nessas nuvens, existem regiões onde a força gravitacional é muito grande e isso provoca a contração delas. Essa contração faz com que os átomos que estão dentro das nuvens comecem a colidir uns com os outros, aumentando consequentemente a temperatura dos gases até chegar em um ponto que essa temperatura se torna quente o suficiente para gerar fusões nucleares.

Fusões nucleares são a junção do núcleo de dois ou mais átomos, resultando então em um átomo de núcleo mais pesado. Isso causa a liberação de uma quantidade de luz e também de calor, que aumenta a pressão dos gases até que estes parem de se contrair.

Podemos pensar da seguinte maneira: quando enchemos um balão de borracha, a pressão do ar no interior desse balão está em equilíbrio com a tensão da borracha. Da mesma maneira, o aumento da pressão dos gases se equilibra com a atração gravitacional, formando estrelas.

Porém, a estrela ficará sem combustível (como o hidrogênio) para realizar o que foi descrito acima. Quando isso ocorre, aquela situação de equilíbrio não irá existir mais, e ela começa a esfriar e então a gravidade faz a estrela se contrair.

Quando a estrela tiver encolhido até um determinado raio crítico, esse campo gravitacional se tornará tão forte até o ponto em que a luz não poderá mais escapar de ser desviada para dentro. Ou seja, como foi dito no início, a luz não consegue escapar até um observador distante.

Características dos buracos negros

Buracos negros

Atualmente, graças à existência de telescópios especiais, sabemos que os buracos negros são fenômenos bastante comuns no universo, e que existe um até mesmo no centro da nossa galáxia!

O contorno externo de um buraco negro é chamado de Horizonte de Ventos. Quando uma estrela que possui muita massa sofre o que descrevemos acima, as regiões externas podem ser infladas em uma gigantesca explosão muito brilhante, chamada de Supernova.

Essa explosão é tão grande e pode emitir tanta luz que, em 1054, chineses conseguiram ver os restos de uma supernova a olho nu por meses e a registraram como Nebulosa de Caranguejo.

Mas, afinal, como podemos, então, detectar a existência de um buraco negro? Ao ser detectado materiais de uma estrela companheira girando ao redor de um corpo central, podemos levantar a hipótese de que esse corpo é um buraco negro.

Ou seja, devido à grande atração gravitacional dele, esses materiais entram em movimento orbital e atingem velocidades próximas à velocidade da luz, conseguindo, portanto, emitir radiação. Esse fenômeno é o que chamamos de disco de acreção.

Teoria da Relatividade

Uma importante área da física é a relatividade, que acompanha eventos: onde, quando ocorrem e a distância que os separam no espaço-tempo.

A relatividade foi estudada pelo físico teórico Albert Einstein, que a dividiu em duas áreas: a Teoria da Relatividade Geral e a Teoria da Relatividade Restrita.

Imagine um grande pano esticado. Ao colocar uma bola um pouco pesada nele, esse pano se modifica e acomoda essa bola. Com esse exemplo, podemos imaginar o que seria uma curvatura no espaço.

Agora, lembrando que o tempo passa mais lentamente num campo gravitacional forte, podemos imaginar que esse tempo está sendo esticado. Lembraremos disso para definir curvatura do tempo.

A relatividade geral pode então descrever os efeitos da gravidade em termos da curvatura do espaço-tempo, servindo como base para mostrar que buracos negros são deformações no espaço-tempo após o colapso gravitacional de uma estrela.

Buracos negros

A Relatividade Geral foi lançada em 1915 e ajudou a criar o conceito de buraco negro ao estudar a influência da gravidade sobre a luz. Porém, no início dos anos 60, físicos já publicavam artigos tratando desse assunto, mas muitos ainda duvidavam da existência de buracos negros. Stephen Hawking se perguntou o que aconteceria se um buraco negro pudesse ser revertido. Se o tempo desaparece dentro de um buraco negro, o que aconteceria se isso fosse revertido? Poderia, então, ser criado o tempo?

A partir desse questionamento inicial, Hawking mais adiante conseguiu provar que a superfície dos buracos negros tinha semelhança com a segunda lei da termodinâmica, concluindo que a área de um buraco negro jamais poderá diminuir.

Ou seja, um buraco negro jamais poderia “engolir” o outro. Também concluiu que eles poderiam emitir radiação térmica, que possuíam uma temperatura (mesmo sendo muito pequena), tinham entropia e, pela primeira vez, união os conceitos de mecânica quântica com a relatividade.

Buracos negros

Primeira fotografia registrada de um buraco negro (2019).

Exercícios Resolvidos

1) Descreva o que é o fenômeno Supernova.

__________________________________

__________________________________

2) Um astronauta está na superfície de uma estrela enquanto ela permanece em colapso. Digamos que, às 11 horas, a estrela começou a encolher abaixo do raio crítico, fazendo seu campo gravitacional ser muito forte e nenhuma luz consegue escapar. Esse astronauta recebeu instruções para mandar sinais a cada segundo para a sua espaçonave a uma distância fixa da estrela. Ele recebe essa ordem exatamente às 10:59:58, ou seja, dois segundos antes das 11 horas. O que seus companheiros na espaçonave registrarão?

RESOLUÇÃO:

1) Quando uma estrela que possui muita massa começa a sofrer o processo de colapso para formar um buraco negro, as regiões externas podem ser infladas em uma gigantesca explosão muito brilhante, chamada de Supernova.

2) Sabendo que a gravidade desacelera o tempo e, quanto maior a força da gravidade, maior o seu efeito, podemos concluir que, como o astronauta está em um campo gravitacional mais forte que seus companheiros de viagem na espaçonave, os companheiros registrarão um intervalo maior de 1 segundo entre os sinais enviados pelo destemido astronauta.


Referências utilizadas neste conteúdo:

HAWKING, Stephen; MLODINOW, Leonard. Uma Nova Historia do Tempo. 2. ed. Rio de Janeiro: Ediouro, 2005.
STRATHERN, Paul. Hawking e os Buracos negros. Rio de Janeiro: Jorge Zahar Editor, 1997.
HALLIDAY; RESNICK. Fundamentos da física: Volume 4. 9. ed. Rio de Janeiro: Ltc, 2012.
OLIVEIRA, Antonio José Silva. Buracos negros, curvatura espaço-tempo e ondas gravitacionais. 2016. Disponível em: http://www.comciencia.br/comciencia/handler.php?section=8&edicao=125&id=1517


Natália Alves

Natália Alves

Graduanda em licenciatura e bacharelado em Matemática pela Universidade Estadual Paulista (UNESP).

Conheça Mais Sobre o Autor

Ajude a melhorar ainda mais o site, avalie:

1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (No Ratings Yet)
Loading...

Leave a Reply