Buraco negro

Nada pode escapar de um buraco negro, nem mesmo a luz. Esses objetos são tão massivos que são capazes de deformar o espaço-tempo.

Buracos negros são entes físicos que causam fascinação em várias pessoas. São personagens de obras de ficção e também uma grande área de estudo para cientistas de diversas áreas do conhecimento. Que tal aprender um pouco mais sobre eles? Acompanhe:

O que é um buraco negro

Um buraco negro é um ponto do espaço no qual a gravidade é tão forte que atrai tudo que está ao redor. Até mesmo a luz. Apesar de Albert Einstein ter sido contrário à sua existência, uma das soluções da Teoria da Relatividade geral prevê que objetos suficientemente densos podem deformar o espaço-tempo e dar origem a um buraco negro.

Como nem a luz pode escapar, as pessoas não podem ver um buraco negro a olho nu. Só é possível detectá-los com telescópios espaciais com configurações específicas. Esses telescópios evidenciam que as estrelas próximas a um buraco negro se comportam diferente das outras estrelas.

É importante ressaltar que Albert Einstein não admitia a existência de buracos negros. Inclusive, Einstein era contra a ideia de uma singularidade na solução de suas equações da Teoria da Relatividade geral. A primeira solução teórica exata de um buraco negro com rotação foi obtida por Roy Kerr, em 1963.

Representação artística da Via Láctea. Evidências científicas apontam que há um buraco negro supermassivo no centro da nossa galáxia. (Fonte: NASA/JPL-Caltech)

Os buracos negros podem ter diversos tamanhos. Alguns cientistas afirmam que existem buracos negros do tamanho de átomos que são tão massivos quanto uma montanha. Também existem buracos negros da escala de estrelas. Suas massas são mais de 20 vezes maiores que a massa do nosso Sol. Na nossa galáxia, a Via Láctea, podem existir diversos desses buracos negros.

Os maiores buracos negros de todos são chamados de supermassivos. Essas entidades têm massa maior que um milhão de sóis. Geralmente, os buracos negros supermassivos ficam no centro das maiores galáxias, e há evidências de que há um buraco negro supermassivo no centro da nossa galáxia.

Como se forma um buraco negro

Segundo a Teoria do Big Bang, os menores buracos negros surgiram nos primeiros momentos do universo. Já os buracos negros maiores, do tamanho de estrelas, geralmente se formam quando uma estrela muito grande colapsa. Quando isso acontece, ocorre uma supernova, que é a explosão de uma estrela. Já os buracos negros supermassivos surgiram com as galáxias que estão juntas a eles.

O que acontece quando algo é “sugado” pelo buraco negro

Não é possível saber exatamente o que acontece dentro de um buraco negro. Isso ocorre porque se trata de um modelo teórico e, dependendo da abordagem escolhida para a interpretação de um buraco negro, as consequências podem ser totalmente diferentes.

Com base nos postulados da Teoria da Relatividade Geral de Einstein, quando um objeto é sugado por um buraco negro, toda a informação sobre o objeto é perdida para o observador. Essa singularidade é o chamado “horizonte de eventos”, que é o ponto no qual não é mais possível “sair” de um buraco negro.

Além disso, qualquer objeto que caia dentro de um buraco negro, devido à atração gravitacional, levará um tempo infinito para chegar ao centro do buraco negro. Essa é outra característica da singularidade desse ente físico.

Teoria da Relatividade e o buraco negro

A Teoria da Relatividade de Einstein prevê que a gravidade pode alterar o caminho da luz. A partir disso, Karl Schwarzschild e Johannes Droste, de maneira independente, encontraram uma solução para as equações de Einstein. Tais soluções previam que, em alguns casos, as equações de Einstein previam uma singularidade: o buraco negro.

Radiação Hawking e o buraco negro

Devido a efeitos quânticos, a radiação emitida pelo buraco negro leva o nome de Radiação de Hawking. Ela leva o nome de Stephen Hawking, que previu teoricamente seus efeitos no ano de 1974. A radiação de Hawking prevê que os buracos negros perdem mais matéria do que ganham. Isso implica que, em algum momento, um buraco negro pode desaparecer.

Curiosidades

Os buracos negros são entes físicos que despertam o interesse de vários cientistas. A seguir, listaremos 10 curiosidades sobre os buracos negros. Confira:

  • Os buracos negros não foram descobertos por Einstein. Quem os observou pela primeira vez foi um cientista chamado John Michell. Ele os chamou de “estrela escura”.
  • Segundo a Teoria da Relatividade Geral de Einstein, os buracos negros podem curvar o espaço e atrair tudo que está a sua volta. Até mesmo a luz.
  • Os buracos negros mais famosos são Cygnus X-1 e Sagitário A*, que é o buraco negro no centro da nossa galáxia.
  • Devido à atração gravitacional do buraco negro, os objetos que estão suficientemente próximos a ele viajam muito próximos da velocidade da luz.
  • A primeira teoria sobre os buracos negros surgiu muito antes de Einstein. Ela foi proposta pelos cientistas John Michell e Pierre-Simon Laplace.
  • Os buracos negros já foram chamados de “estrela escura”, “objeto colapsado gravitacionalmente” e, por fim, buracos negros.
  • O termo “buraco negro” só foi aceito nos anos 1960, quando o físico Robert Dicke comparou esse fenômeno com o Buraco Negro de Calcutá – uma prisão da qual os presos nunca saiam com vida.
  • O físico teórico John Wheeler defendia o uso do termo “buraco negro” devido a seu “apelo publicitário”.
  • Albert Einstein jamais aceitou a existência de buracos negros. Ele não concordava com a ideia de uma singularidade em suas equações. Por conta disso, Albert Einstein nunca deu nenhuma contribuição à teoria dos buracos negros.
  • A partir de diversos dados obtidos de satélites, um grupo de pesquisa conseguiu elaborar uma imagem de um buraco negro no ano de 2019. Tal imagem não é uma fotografia, apesar do que foi noticiado na época.
Gerada por computador a partir de dados obtidos pelo telescópio Event Horizon, essa imagem mostra o buraco negro no centro da galáxia Messier 87. Essa imagem foi chamada, equivocadamente, de primeira fotografia de um buraco negro. (Fonte: Wikipedia)

Como foi possível ver, os buracos negros são um ótimo campo de estudo na Física. E, ao contrário do que muita gente imagina, Albert Einstein não previa a existência de buracos negros e nem contribuiu para o desenvolvimento da teoria que permeia esse fenômeno. Atribuir essa previsão a Einstein é um erro histórico.

Vídeos sobre buracos negros

Agora, veja os vídeos que selecionamos sobre buracos negros para aumentar seu conhecimento!

Ondas gravitacionais e buracos negros

E se dois buracos negros ficassem próximos? Tão próximos que se colidiriam. Já pensou? Nesse vídeo, a Kaori Nakashima, que é doutoranda em Física na Universidade FAU, na Alemanha, explica o que acontece quando dois buracos negros se encontram. Esse acontecimento gera um fenômeno chamado ondas gravitacionais.

Buracos negros explicados

O canal Ciência Todo Dia explica o que são buracos negros e parte da teoria que os cerca. Acompanhe no vídeo!

A física de Interestelar

Se você já assistiu ao filme Interestelar e ficou se perguntando quão próximas ao previsto pela física são as coisas mostradas no filme, esse vídeo é para você. Nele, o cientista Átila Iamarino explica os conceitos físicos por trás do filme Interestelar, de 2014.

Apesar de Albert Einstein não ter contribuído em nada com a teoria dos buracos negros e até mesmo ter sido contra a sua existência, a previsão teórica da existência desse fenômeno físico vem de sua teoria. Que tal aprender um pouco mais sobre a Teoria da Relatividade?

Referências

A origem histórica da relatividade especial (2015) – Roberto de Andrade Martins

What is a black hole? (2018) – Heather R. Smith (Disponível em: https://www.nasa.gov/audience/forstudents/k-4/stories/nasa-knows/what-is-a-black-hole-k4.html)

Hugo Shigueo Tanaka
Por Hugo Shigueo Tanaka

Divulgador Científico e co-fundador do canal do YouTube Ciência em Si. Historiador da Ciência. Professor de Física e Matemática. Licenciado em Física pela Universidade Estadual de Maringá (UEM). Mestre em Ensino de Ciências e Matemática (PCM-UEM). Doutorando em Ensino de Ciências e Matemática (PCM-UEM).

Como referenciar este conteúdo

Tanaka, Hugo Shigueo. Buraco negro. Todo Estudo. Disponível em: https://www.todoestudo.com.br/fisica/buraco-negro. Acesso em: 25 de November de 2020.

Exercícios resolvidos

1. [UDESC]

Os pesquisadores do projeto LIGO (Laser Interferometer Gravitacional-Wave Observatory) anunciaram, no início deste ano, a primeira detecção das ondas gravitacionais.

Analise as proposições em relação à informação.

I. Estas ondas se propagam com a mesma velocidade da luz.
II. Estas ondas se propagam com velocidade superior à velocidade da luz.
III. Estas ondas foram previstas por Albert Einstein em sua Teoria da Relatividade Geral.
IV. Estas ondas foram previstas por Albert Einstein em sua Teoria do Efeito Fotoelétrico.

Assinale a alternativa correta.

A) Somente a afirmativa III é verdadeira.
B) Somente as afirmativas I e IV são verdadeiras.
C) Somente as afirmativas I e III são verdadeiras.
D) Somente a afirmativa IV é verdadeira.
E) Somente as afirmativas II e IV são verdadeiras.

A proposição I está correta, porque as contas gravitacionais se propagam com a mesma velocidade da luz.
A proposição II está incorreta, porque ainda não conhecemos nenhum ente físico que viaje em uma velocidade superior à velocidade da luz.
A proposição III está correta, porque a previsão da existência das ondas gravitacionais vem da Teoria da Relatividade Geral.
A proposição IV está incorreta, porque a Teoria do Efeito Fotoelétrico estuda a interação entre luz e elétrons.

Alternativa correta: C

2. [UEL]

A Teoria da Relatividade Restrita, proposta por Albert Einstein (1879 – 1955) em 1905, é revolucionária porque mudou as ideias sobre o espaço e o tempo, mas em perfeito acordo com os resultados experimentais. Ela é aplicada, entretanto, somente a referenciais inerciais. Em 1915, Einstein propôs a Teoria Geral da Relatividade, válida não só para referenciais inerciais, mas também para referenciais não-inerciais.

Sobre os referenciais inerciais, considere as seguintes afirmativas:

I. São referenciais que se movem, uns em relação aos outros, com velocidade constante.
II. São referenciais que se movem, uns em relação aos outros, com velocidade variável.
III. Observadores em referenciais inerciais diferentes medem a mesma aceleração para o movimento de uma partícula.

Assinale a alternativa correta:

a) Apenas a afirmativa I é verdadeira.
b) Apenas a afirmativas II é verdadeira.
c) As afirmativas I e II são verdadeiras.
d) As afirmativas II e III são verdadeiras.
e) As afirmativas I e III são verdadeiras.

I. Correta. Essa é a definição de referenciais inerciais

III. Correta. O primeiro postulado da Teoria da Relatividade afirma que não existe sistema de referência inercial preferencial no estudo de qualquer fenômeno físico.

Alternativa correta: E

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