Buracos negros

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Os buracos negros estão na fronteira do conhecimento e da compreensão dos humanos.

Buraco negro” é uma expressão que os humanos usam para representar uma região extremamente compacta do Universo: uma porção do espaço-tempo em que tanta massa é encerrada em um volume tão pequeno, que forma o objeto mais compacto que a mente humana pode imaginar.

Você pode imaginar comprimir todo o planeta Terra entre os dedos, até que se torne uma bola do tamanho de um polegar? Bem, nesse caso, você teria feito o planeta Terra compacto o suficiente para transformá-lo em um buraco negro.

Um buraco negro é um objeto cósmico tão compacto que consegue desafiar nosso próprio conceito de “compacidade”; e realmente consegue moldar a realidade de uma maneira extremamente fascinante.

O que é compacidade? É um termo usado para descrever quanta massa está contida em um volume. Quanta mais massa é comprimida em um determinado volume, mais compacto será o objeto resultante será. Quanto menor o volume de uma determinada massa, mais compacto será o objeto resultante.

Nosso espaço-tempo (nossa realidade) é curvado pela presença da massa; todo corpo maciço, incluindo eu, você, e toda presença terrena, curva o espaço-tempo. Quanto mais compacto o corpo maciço em questão, mais forte será a curvatura do espaço-tempo resultante ao seu redor. Um buraco negro é uma região do espaço-tempo tão compacta que a aceleração gravitacional exercida perto de suas fronteiras é infinita: nem mesmo a luz pode escapar dele. Em torno de um buraco negro, o espaço-tempo é infinitamente curvo.

Representação bidimensional da curvatura do espaço-tempo devido à presença de corpos maciços. Esquerda: representação da curvatura do espaço-tempo em torno de uma estrela compacta como o Sol; direita: representação da curvatura do espaço-tempo em torno de um objeto compacto, como um buraco negro.

O “coração” de um buraco negro, de fato, é uma singularidade no espaço-tempo. Uma singularidade é um ponto infinito, uma divergência: um lugar que a mente humana não pode visitar claramente. Nosso espaço-tempo é curvo, e é ainda mais curvo, quanto mais massa há em um pequeno volume. O espaço-tempo ao redor de um buraco negro é tão curvo que nem a luz (que é muito leve!) pode sair dele. Tudo o espaço-tempo é enrolado em si mesmo.

Os buracos negros não têm uma superfície sólida: sua borda é chamada de “Horizonte de Eventos“. O Horizonte de Eventos é a região do espaço-tempo em torno do buraco negro, além da qual a atração gravitacional é tão forte que não permite que nenhum objeto escape dela: nem mesmo a luz. Portanto, tudo o que entra em um buraco negro permanece dentro do buraco negro.

Esta é a razão pela qual chamamos esses objetos de “buracos negros“: porque não podemos ver nada deles, nem mesmo a luz; e porque qualquer coisa próxima o suficiente deles, nunca será capaz de fugir. Mas, na realidade, os buracos negros não são “negros”: os buracos negros não têm cor, ou — poderíamos dizer — têm todas as cores do Universo! Simplesmente não podemos ver essas cores, por definição do próprio buraco negro (as cores são transmitidas pela luz: as cores são luz). Os buracos negros nem sequer são “buracos”: são sim picos infinitos de densidade no tecido do espaço-tempo do Universo. Esta é a razão pela qual vários buracos negros podem se encontrar e se fundir, formando novos buracos negros ainda maiores, ajudando assim a formar as estruturas cósmicas que observamos no Universo.

Em suma, os buracos negros são objetos simples. Todos eles se assemelham, e podem ser completamente descritos por apenas três propriedades físicas: a carga elétrica, a taxa de rotação, e a massa. Além disso — felizmente para os humanos que se dedicam ao estudo de buracos negros cósmicos — em nosso Universo, a carga elétrica dos buracos negros é desprezível: podemos, portanto, nos concentrar na taxa de rotação (também chamada spin), e especialmente (porque mais fácil medir que o spin): em sua massa.

O tamanho de um buraco negro depende principalmente de sua massa. O Horizonte de Eventos de um buraco negro com a massa equivalente à massa do planeta Terra tem alguns centímetros de largura; mas um buraco negro com a massa de uma estrela como o nosso Sol é tão grande quanto uma metrópole terrestre. Os maiores buracos negros que conhecemos são tão grandes quanto todo o Sistema Solar! Esses buracos negros podem conter uma massa equivalente à de dezenas de milhares de milhões de vezes a massa de nossa estrela Sol.

Um buraco negro é uma singularidade no espaço-tempo em torno da qual existe uma região de não retorno, definida pelo Horizonte de Eventos.

The first image ever taken by humans of the shadow of a black hole.
Você está observando os limites do conhecimento humano: esta é a primeira imagem da sombra de um buraco negro, o que está no centro da galáxia Messier 87. Esta imagem foi publicada em 2019 pela colaboração dos astrônomos “Event Horizon Telescope”.
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