Os buracos negros: um assunto extremamente denso!
No último dia 06, foram anunciados os nomes dos ganhadores do prêmio Nobel de física deste ano - Roger Penrose, Reinhard Genzel e Andrea Ghez -, os quais foram reconhecidos por seus estudos acerca de buracos negros. O primeiro, foi agraciado com o prêmio em virtude de descobertas sobre a relação entre a Teoria Geral da Relatividade e a formação de buracos negros, ao passo que Genzel e Ghez foram reconhecidos pela descoberta de um objeto extremamente massivo no centro de nossa galáxia, isto é, um buraco negro - o qual governaria a órbita das estrelas dessa.
Se você leu a postagem da semana passada ("Você sabe o que levou Einstein a ganhar o prêmio Nobel?"), provavelmente deve se lembrar de que eu já comentei, mesmo que brevemente, sobre isso. Inclusive, o parágrafo anterior consiste em uma cópia descarada de uma parte dessa publicação - algo que, importante destacar, não constitui plágio, já que a autora me autorizou expressamente a utilizá-la 😎 Sendo assim, você provavelmente deve estar se perguntando: por que ela está ela está escrevendo novamente sobre este assunto?
A resposta é relativamente simples: quando tive acesso à notícia pela primeira vez, fiquei com muita vontade de pesquisar ainda mais sobre buracos negros e, eventualmente, elaborar uma publicação a respeito disso. Porém, decidi não fazê-lo - ou, pelo menos, não naquele momento -, pois acreditava que os principais meios de comunicação fariam inúmeras reportagens sobre o assunto, e, por isso, esta publicação se tornaria deveras repetitiva. Contudo, feliz ou infelizmente, eu estava errada.
Tendo isso em vista, a publicação desta semana irá discorrer acerca dos buracos negros, explorando sua formação, sua influência na conjuntura do espaço-tempo e, inclusive, o que aconteceria caso tentássemos entrar - ou melhor, cair - em um deles...
💡 Para uma melhor compreensão de alguns assuntos que serão abordados nesta postagem, mostra-se interessante conhecer alguns conceitos por trás da Teoria da Relatividade Geral, como, por exemplo, a explicação acerca da atuação da força gravitacional proposta por Albert Einstein - com base na suposição da existência de 4 dimensões, isto é, do espaço-tempo. Sendo assim, caso queira se aprofundar no assunto, recomendo as seguintes páginas/publicações:
- Wikipédia: Relatividade Geral
- Publicação: "A Teoria das Cordas: aposto que você vai se amarrar nesta ideia!"
- Vídeo: "Quarta dimensão explicada por Carl Sagan"
O que são os buracos negros?
A fim de entendermos o que são os buracos negros, proponho realizarmos um pequeno experimento mental. Primeiro, imagine um objeto extremamente pesado - dotado de massa milhões de vezes maior do que a do planeta Terra. Ótimo! Agora tente imaginar este mesmo objeto condensado em um volume ínfimo, praticamente inexistente. Perfeito! Você acabou de imaginar um buraco negro: uma região do espaço-tempo em que uma massa consideravelmente grande - digamos, a de uma estrela - é restrita a um volume bem pequeno.
Tendo isso em vista, vamos, agora, analisar a expressão utilizada para o cálculo do campo gravitacional gerado por um corpo - a qual deriva da Lei da Gravitação Universal, proposta por Isaac Newton:
Ao analisarmos essas mesmas propriedades sob o ponto de vista da Teoria da Relatividade Geral - ou seja, encarando o espaço como uma espécie de "tecido" formado pelo espaço-tempo - poderemos chegar à mesma conclusão. Para isso, pode-se fazer, em casa, um teste bastante simples: primeiro, pegue um tecido fino, capaz de se esticar (uma camiseta de nylon, por exemplo). Depois, enquanto estica esse tecido, peça para alguém colocar um objeto sobre ele, e observe a deformação que esse gerou. Em seguida, peça para essa mesma pessoa trocar esse objeto por outro mais pesado e, ao mesmo tempo, menos volumoso. Você perceberá que a deformação gerada no tecido será visivelmente maior: ou seja, o "campo gravitacional" do segundo objeto é maior do que o do primeiro.
Fonte: https://xkcd.com/681_large/
(Para ver a imagem em seu tamanho original, clique no link)
Com efeito, o campo gravitacional de um buraco negro é tão intenso, que nada é capaz de "escapar" dela. Isso se deve ao fato de que a velocidade de escape de um corpo que se encontra sob a influência do campo gravitacional de um buraco negro - isto é, a velocidade necessária para que esse "saia pela tangente", se libertando, assim, de tão forte influência do campo gravitacional - é maior do que a velocidade da luz no vácuo! Diante disso, conclui-se que uma vez dentro da área de influência de um buraco negro (denominada horizonte de eventos) nada, nem mesmo a própria luz, pode se "libertar"!
Como um buraco negro é formado?
De modo deveras simplificado, a formação de um buraco negro ocorre quando uma estrela carece de "combustível" suficiente para manter a sua temperatura - através de processos como, por exemplo, a fissão nuclear - e, assim, manter seus átomos com um elevado grau de agitação. Semelhante agitação, por sua vez, tende a aumentar a pressão no interior da estrela, de tal modo a manter separados os átomos que a compõem. Sendo assim, ao não serem mais capazes de manter suas elevadas temperaturas e, consequentemente, a elevada pressão de seu interior, esta entra em colapso gravitacional - isto é, a queda de um corpo sobre si mesmo. Como consequência, sua massa tende a se concentrar em um ponto cujo volume tende a zero e, assim, diz-se que adquire "densidade infinita".
Caso o conceito de colapso gravitacional não tenha ficado muito claro, imagine a seguinte situação:
Quatro pessoas estão segurando uma corda amarrada para que, quando esticada, adquira um formato circular. Duas delas, "dentro" da circunferência formada pela corda, puxam-na "para dentro" (ou seja, apontando para o centro desse círculo); as demais, que se encontram "fora" dessa, puxam-na "para fora", em um sentido contrário ao indicado anteriormente. Inicialmente, a soma das forças "para fora" - que, neste caso, representam a pressão no interior da estrela - é igual a das forças "para dentro" - ou seja, a gravidade.
Não obstante, subitamente as duas pessoas que estão exercendo forças "para fora" soltam a corda! Com isso, aqueles que antes estavam afastados dentro da corda irão cair e se "amontoar" um sobre o outro, e o "circulo" formado pela corda, antes esticada, se converterá em um pequeno emaranhado, dotado de um raio bem menor. Em outras palavras, a "massa" desse círculo - representada pelos dois indivíduos dentro dele - continua a mesma, porém se encontra restrita a um volume - proporcional ao raio da circunferência - consideravelmente menor.
Uma situação parecida está por trás do colapso gravitacional. Nele, a redução da pressão interna das estrelas - decorrente da diminuição da temperatura - faz com que a gravidade prevaleça, de tal modo que a massa tende a ser atraída para um único ponto, concentrando-se nele. Com isso, esse ponto - dotado de densidade praticamente infinita - é chamado de singularidade.
O que aconteceria se "caíssemos" em um buraco negro?
Você é um astronauta enviado em uma missão especial para analisar um buraco negro recém descoberto. Neste exato momento, sua tarefa é realizar a manutenção na parte externa de sua nave, a qual se encontra bem próxima desse.
Como um ávido estudante de astronomia, você sabe que deve tomar cuidado para não adentrar o horizonte de eventos desse, ou seja, o limite a partir do qual não é possível escapar das deformações do espaço-tempo causadas pela enorme força gravitacional de um buraco negro. Um mísero erro pode ser fatal, um caminho sem volta. Você também sabe que, caso transpasse o horizonte de eventos, até mesmo a sua percepção da passagem do tempo será alterada, haja vista o fenômeno da dilatação do tempo gravitacional: ou seja, o tempo dentro de um buraco negro "passa mais devagar", sem que aqueles que estejam em seu interior - caso tenham miraculosamente sobrevivido - percebam isso.
(Esquerda: como você perceberia sua própria trajetória ao entrar no horizonte de eventos
Direita: como um observador fora do horizonte de eventos veria essa mesma trajetória)
Depois de se concentrar e planejar meticulosamente cada movimento que faria enquanto estivesse fora da aeronave, você finalmente veste sua EMU (Unidade Móvel Extraveicular) e se lança no espaço.
Tudo parece estar indo bem, e você já está quase terminando os reparos aos quais ficara incumbido de fazer. Porém, assim que você deu o último "retoque", a nave começou a se mover subitamente, e você foi impulsionado diretamente ao horizonte de eventos do buraco negro, e passou a desempenhar o MRU (movimento retilíneo e uniforme) mais assustador de toda a sua vida!
Uma vez dentro do horizonte de eventos, você notou algo surpreendente: você está se "esticando" cada vez mais! A esse fenômeno é dado o nome de espaguetificação. Tal se deve ao fato de que, em virtude da enorme intensidade do campo gravitacional de um buraco negro, a força gravitacional exercida sobre a sua cabeça é consideravelmente menor do que aquela exercida sobre os seus pés. Nesse momento, você se encontra à beira do desespero, quando se lembra que essa diferença - denominada força de maré - tende a se tornar cada vez maior, e, em um dado momento, irá te dividir ao meio, depois dividirá suas metades ao meio, e assim por diante, até que você se resuma a estruturas menores do que um átomo!
Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Espaguetifica%C3%A7%C3%A3o#/media/Ficheiro:Spaghettification.gif
Diante da perspectiva de ser transformado em um "espaguete" e depois ser cortado em uma PG (progressão geométrica) de razão 1/2, você é consumido por uma angústia indescritível, a qual te faz desmaiar.
Alguns segundos depois (ou seriam décadas?), você acorda, confuso e sem saber onde está. Quando seus olhos se acostumam à claridade, você finalmente percebe que está sentado na escrivaninha de seu quarto, deitado sobre um exemplar do livro "Uma breve história do tempo", de Stephen Hawking, aberto exatamente na página em que o cientista discorre sobre os efeitos da espaguetificação sobre o corpo de um astronauta fictício.
Recomendações:
Nesta postagem, eu decidi abordar os aspectos mais gerais que circundam os estudos acerca dos buracos negros. Porém, caso tenha se interessado e deseje se aprofundar mais no assunto, gostaria de recomendar duas fontes:
- Página da Wikipédia sobre Buracos Negros: enquanto pesquisava novas informações para escrever esta publicação, fiquei impressionada com a quantidade de informações e fontes que este artigo continha. Nele você encontrará explicações a respeito de outras propriedades que circundam os buracos negros, bem como referências a diversos estudos acerca do assunto.
- Vídeo "Nerdologia - Buraco Negro": neste vídeo, produzido pelo canal Nerdologia, foram apresentadas diversas curiosidades acerca dos buracos negros, as quais foram ilustradas por diversas imagens e animações que facilitam a compreensão dos conceitos e raciocínios apresentados.
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