Os buracos negros estão entre os fenômenos mais fascinantes do espaço sideral, e estamos aprendendo mais sobre eles o tempo todo. Na semana passada, um grupo de astrônomos publicou um artigo documentando uma rara colisão visível de buracos negros, que produziu um flash de luz que permitiu aos cientistas ver o evento da Terra.

De Star Trek a Doctor Who e The Orville, a ficção científica muitas vezes incorpora buracos negros nas linhas da história, em grande parte porque ainda há muito que não sabemos. Mas Alexander Vilenkin não se intimida nem um pouco com esse assunto vasto e complexo. O Professor Leonard e Jane Holmes Bernstein em Ciência Evolutiva no Departamento de Física e Astronomia da Tufts, ele estudou cosmologia teórica, incluindo energia escura, cordas cósmicas, e o multiverso, por décadas. Se alguém puder ajudar a desvendar alguns dos mistérios em torno dos buracos negros, é ele.

Vilenkin recentemente deu ao Tufts Now um curso intensivo para tornar esses gigantes cósmicos um pouco mais acessíveis. Aqui estão três fatos sobre buracos negros para entender.

Os buracos negros podem ser incompreensivelmente enormes

Os buracos negros são medidos por seu tamanho e massa, ou a quantidade de matéria que eles têm. Um buraco negro de tamanho médio pode ter uma massa vinte vezes maior que o Sol. Contudo, a atração da gravidade dentro de um buraco negro é tão forte que condensa toda aquela massa em uma bola com um diâmetro de apenas cerca de trinta quilômetros.

Os buracos negros supermassivos são os maiores buracos negros. Vilenkin disse que esses gigantes podem ter uma massa de um bilhão de sóis com um diâmetro do tamanho do nosso sistema solar.

Cada grande galáxia, incluindo a Via Láctea, tem pelo menos um buraco negro supermassivo em seu centro. "No que diz respeito aos buracos negros supermassivos, o nosso é muito pequeno. Tem apenas alguns milhões de massas solares, " ele disse.

O menor buraco negro registrado é praticamente pequeno:mal tem quatro vezes a massa do nosso sol.

Buracos negros podem se fundir

Buracos negros próximos uns dos outros tendem a se aproximar, disse Vilenkin. "O que acontece é que esses buracos negros se ligam uns aos outros, gravitacionalmente, e começar a girar sobre o outro. Eles formam um sistema binário, e conforme eles giram, eles gradualmente perderão sua energia por radiação gravitacional. Eles ficam cada vez mais próximos e giram cada vez mais rápido. Eventualmente, eles se fundem, " ele disse.

Até aqui, colisões de buracos negros supermassivos não foram observados, mas os astrônomos observaram colisões de buracos negros muito menores, disse Vilenkin.

Não podemos ver tal colisão através de um telescópio, não importa o quão potente seja, porque nenhuma luz pode escapar de um buraco negro. Contudo, usando instrumentos muito sensíveis - e muito grandes - chamados detectores de ondas gravitacionais, os cientistas podem detectar e medir as ondas gravitacionais emitidas por buracos negros. As ondas são como ondulações no espaço-tempo (mais sobre isso daqui a pouco), e os dados coletados contam a história do que está acontecendo a milhões ou bilhões de anos-luz de distância.

"As ondas gravitacionais emitidas enquanto os buracos negros estão orbitando em seus sistemas binários são normalmente muito fracas para serem detectadas. Mas esta dose final de radiação quando os buracos negros estão prestes a se fundir, e quando eles eventualmente se fundem para formar um buraco negro maior, foi observada muitas vezes, " ele disse.

As explosões de radiação gravitacional duram muito pouco tempo, mas eles vêm em um certo padrão. Quando os astrônomos veem esse padrão, Vilenkin disse, eles podem identificá-lo como uma colisão de buracos negros e descobrir suas massas e a que distância estão. Em setembro de 2019, A NASA anunciou que os astrônomos avistaram três buracos negros supermassivos em rota de colisão em um sistema a cerca de um bilhão de anos-luz da Terra.

Os buracos negros têm um ponto sem volta

Os buracos negros têm o que é chamado de horizonte de eventos. Pense nisso como a superfície do buraco negro. Nada pode escapar da superfície, incluindo luz. Então, o que acontece quando, por exemplo, uma nave espacial, cruza o horizonte de eventos?

"Digamos que a espaçonave envie pulsos de luz para nós à medida que se aproxima do buraco negro. À medida que a espaçonave se aproxima do horizonte de eventos, os pulsos ficarão cada vez mais fracos, e os intervalos entre eles se tornam cada vez mais longos, "disse Vilenkin." À medida que a nave se aproxima do horizonte de eventos, vemos como se estivesse congelado. Nunca veremos a espaçonave realmente passar por baixo do horizonte de eventos porque a luz não pode escapar de lá. "

E os viajantes na espaçonave? Vilenkin disse que à medida que a espaçonave se aproxima do horizonte de eventos, eles não notariam nada em particular, e eles ainda nos veriam. Contudo, uma vez que cruzam o horizonte de eventos, este é um ponto sem volta. Você não pode se virar e sair. Você só pode se mover em direção ao centro do buraco negro, ele disse.

A gravidade ficará cada vez mais forte, e uma vez que a gravidade estica as coisas em uma direção, a espaçonave ficará espaguete. "Eventualmente, esta espaçonave atingirá o ponto central, que é chamada de singularidade. A singularidade é, matematicamente, onde a gravidade se torna infinitamente forte, então a curvatura do espaço-tempo torna-se infinita. Não podemos realmente dizer o que exatamente acontece na singularidade, mas a nave espacial e tudo dentro serão destruídos bem antes que a nave alcance a singularidade, "Vilenkin disse.