Galeria de imagens do buraco negro Conceito artístico da vizinhança do buraco negro no centro da galáxia NGC 4261. Veja mais imagens do buraco negro. Foto cedida pela NASA / Space Telescope Science Institute (J. Gitlin, artista) Você pode ter ouvido alguém dizer, "Minha mesa se tornou um buraco negro!" Você pode ter visto um programa de astronomia na televisão ou lido um artigo de revista sobre buracos negros. Esses objetos exóticos capturaram nossa imaginação desde que foram previstos por Einstein Teoria da Relatividade Geral em 1915.
O que são buracos negros? Eles realmente existem? Como podemos encontrá-los? Neste artigo, examinaremos os buracos negros e responderemos a todas essas perguntas!
Conteúdo
Conceito artístico de um buraco negro:as setas mostram os caminhos de objetos dentro e ao redor da abertura do buraco negro. Foto cedida pela NASA UMA buraco negro é o que resta quando uma estrela massiva morre.
Se você leu Como funcionam as estrelas, então você sabe que uma estrela é enorme, surpreendente reator de fusão . Porque as estrelas são tão massivas e feitas de gás, existe um intenso campo gravitacional que está sempre tentando colapsar a estrela. As reações de fusão que acontecem no núcleo são como uma bomba de fusão gigante que está tentando explodir a estrela. o Saldo entre as forças gravitacionais e as forças explosivas é o que define o tamanho da estrela.
Conforme a estrela morre, as reações de fusão nuclear param porque o combustível para essas reações queima. Ao mesmo tempo, a gravidade da estrela puxa o material para dentro e comprime o núcleo. À medida que o núcleo se comprime, ele aquece e, eventualmente, cria uma explosão de supernova na qual o material e a radiação explodem no espaço. O que resta é o altamente comprimido, e extremamente massivo, essencial. A gravidade do núcleo é tão forte que nem mesmo a luz consegue escapar.
Este objeto agora é um buraco negro e literalmente desaparece de vista. Porque a gravidade do núcleo é tão forte, o núcleo afunda através da estrutura do espaço-tempo, criando um buraco no espaço-tempo - é por isso que o objeto é chamado de buraco negro .
O núcleo se torna a parte central do buraco negro chamado de singularidade . A abertura do buraco é chamada de Horizonte de eventos .
Você pode pensar no horizonte de eventos como a boca do buraco negro. Uma vez que algo ultrapassa o horizonte de eventos, ele se foi para sempre. Uma vez dentro do horizonte de eventos, todos os "eventos" (pontos no espaço-tempo) param, e nada (mesmo a luz) pode escapar. O raio do horizonte de eventos é chamado de Raio de Schwarzschild , nomeado após o astrônomo Karl Schwarzschild, cujo trabalho levou à teoria dos buracos negros.
HistóriaO conceito de um objeto do qual a luz não pode escapar (por exemplo, buraco negro) foi originalmente proposto por Pierre Simon Laplace em 1795. Usando a Teoria da Gravidade de Newton, Laplace calculou que se um objeto fosse comprimido em um raio pequeno o suficiente, então a velocidade de escape desse objeto seria mais rápida do que a velocidade da luz.
Conceito artístico de um buraco negro e seus arredores:O círculo escurecido é o horizonte de eventos e a região em forma de ovo é a ergosfera. Foto cedida pela NASA Existem dois tipos de buracos negros:
o Schwarzschild buraco negro é o buraco negro mais simples, em que o núcleo não gira. Este tipo de buraco negro possui apenas uma singularidade e um horizonte de eventos.
o Kerr buraco negro, que é provavelmente a forma mais comum na natureza, gira porque a estrela da qual foi formada estava girando. Quando a estrela em rotação entra em colapso, o núcleo continua girando, e isso foi levado para o buraco negro ( conservação do momento angular ) O buraco negro de Kerr tem as seguintes partes:
Se um objeto passa para o ergosfera ele ainda pode ser ejetado do buraco negro ganhando energia com a rotação do buraco.
Contudo, se um objeto cruza o Horizonte de eventos , será sugado para o buraco negro e nunca escapará. O que acontece dentro do buraco negro é desconhecido; mesmo nossas teorias atuais da física não se aplicam na vizinhança de uma singularidade.
Mesmo que não possamos ver um buraco negro, ele tem três propriedades que podem ou podem ser medidas:
A partir de agora, só podemos medir a massa do buraco negro de forma confiável pelo movimento de outros objetos ao seu redor. Se um buraco negro tem uma companheira (outra estrela ou disco de material), é possível medir o raio de rotação ou velocidade de órbita do material em torno do buraco negro invisível. A massa do buraco negro pode ser calculada usando a Terceira Lei do Movimento Planetário Modificada de Kepler ou movimento rotacional.
Imagem do telescópio espacial Hubble do núcleo da galáxia NGC 4261 Foto cedida pela NASA / Space Telescope Science Institute Crédito:L. Ferrarese (Johns Hopkins University) e NASA Embora não possamos ver os buracos negros, podemos detectar ou adivinhar a presença de um medindo seus efeitos nos objetos ao seu redor. Os seguintes efeitos podem ser usados:
Muitos buracos negros têm objetos ao seu redor, e ao observar o comportamento dos objetos, você pode detectar a presença de um buraco negro. Em seguida, você usa medidas do movimento de objetos em torno de um buraco negro suspeito para calcular a massa do buraco negro.
O que você procura é uma estrela ou um disco de gás que se comporta como se houvesse uma grande massa próxima. Por exemplo, se uma estrela ou disco de gás visível tem um movimento "oscilante" ou giratório E não há uma razão visível para esse movimento E a razão invisível tem um efeito que parece ser causado por um objeto com uma massa maior do que três massas solares ( grande demais para ser uma estrela de nêutrons), então é possível que um buraco negro esteja causando o movimento. Em seguida, você estima a massa do buraco negro observando o efeito que ele tem no objeto visível.
Por exemplo, no centro da galáxia NGC 4261, há um marrom, disco em forma de espiral que está girando. O disco tem o tamanho do nosso sistema solar, mas pesa 1,2 bilhão de vezes mais que o sol. Uma massa tão grande para um disco pode indicar que um buraco negro está presente dentro do disco.
A Teoria Geral da Relatividade de Einstein previu que a gravidade pode dobrar o espaço . Isso foi posteriormente confirmado durante um eclipse solar, quando a posição de uma estrela foi medida antes, durante e após o eclipse. A posição da estrela mudou porque a luz da estrela foi dobrada pela gravidade do sol. Portanto, um objeto com imensa gravidade (como uma galáxia ou buraco negro) entre a Terra e um objeto distante pode dobrar a luz do objeto distante em um foco, muito parecido com uma lente pode. Esse efeito pode ser visto na imagem abaixo.
Essas imagens mostram o brilho do MACHO-96-BL5 dos telescópios terrestres (à esquerda) e do Telescópio Espacial Hubble (à direita). Foto cedida pela NASA / Space Telescope Science Institute Crédito:NASA e Dave Bennett (Universidade de Notre Dame) Na imagem, o clareamento de MACHO-96-BL5 aconteceu quando um lente gravitacional passou entre ele e a Terra. Quando o Telescópio Espacial Hubble olhou para o objeto, viu duas imagens do objeto juntas, que indicou um efeito de lente gravitacional. O objeto intermediário era invisível. Portanto, concluiu-se que um buraco negro passou entre a Terra e o objeto.
Quando o material cai em um buraco negro de uma estrela companheira, ele é aquecido a milhões de graus Kelvin e acelerado. Os materiais superaquecidos emitem raios-X, que podem ser detectados por telescópios de raios-X, como o Chandra X-ray Observatory.
A estrela Cygnus X-1 é uma forte fonte de raios-X e é considerada uma boa candidata para um buraco negro. Como na foto acima, ventos estelares da estrela companheira, HDE 226868, soprar material no disco de acreção em torno do buraco negro. À medida que este material cai no buraco negro, ele emite raios-x, como visto nesta imagem:
Imagem de raios-X de Cygnus X-1 tirada do Observatório de Raios-X Chandra em órbita Foto cedida pela NASA / CXC Além de raios-X, buracos negros também podem ejetar materiais em alta velocidade para formar jatos . Muitas galáxias foram observadas com tais jatos. Atualmente, acredita-se que essas galáxias tenham buracos negros supermassivos (bilhões de massas solares) em seus centros que produzem os jatos, bem como fortes emissões de rádio. Um exemplo é a galáxia M87, conforme mostrado abaixo:
É importante lembrar que os buracos negros não são aspiradores de pó cósmicos - eles não consumirão tudo. Embora não possamos ver os buracos negros, há evidências indiretas de que eles existem. Eles têm sido associados a viagens no tempo e buracos de minhoca e permanecem objetos fascinantes no universo.
Originalmente publicado:26 de novembro 2006
