buraco negro: o mistério do cosmos

ESCOLA MAGNUS DOMINI
BURACO NEGRO: O MISTÉRIO DO COSMOS
Amanda Braz Pires Fratti
Tayla de Araujo Francis
João Gabriel Xavier Llorente
José Victor Silva Cavalini
MARINGÁ
2016
1. INTRODUÇÃO
Você já parou para pensar que o buraco negro pode ser, ao mesmo
tempo, o início e o fim do universo? O buraco negro por muitos anos foi um
mistério, mas recentemente, foram comprovadas teorias sobre esse fenômeno.
Nesse sentido, perguntamo-nos: por que o buraco negro é tão curioso? É o que
buscamos explicar neste trabalho.
Para abordar esse fenômeno, há uma ordem de informações:
primeiramente, definiremos o que é o buraco negro e, somente depois,
entenderemos a sua formação. Sua localização nos leva a pensar como é
possível detectar esse fenômeno. Finalizaremos o trabalho apontando sobre a
energia e a massa do buraco negro.
2. BURACO NEGRO: DEFINIÇÃO
Para os físicos, são corpos tão densos que engolem até a luz. Mas seus
mecanismos ainda são uma grande incógnita para a ciência. Eles são
formados pelo colapso de estrelas de massa muito grande. Segundo George
Matsas, do Instituto de Física Teórica da Unesp, o buraco negro que existe no
centro da nossa galáxia tem cerca de 3 milhões de massas solares,
concentradas em uma região da ordem do Sistema Solar. A característica
chave de um buraco negro é a concentração de matéria em uma área muito
pequena. É isso que dá a esses objetos sua incrível potência gravitacional, tão
forte que, para muitos físicos, o objeto distorceria o tecido do espaço e do
tempo a ponto de abrir um buraco nele. Toda forma de matéria ou energia que
ultrapassasse o chamado horizonte de eventos ficaria presa além dele para
sempre. Apresentamos um esquema que busca explicar o processo de
evolução de um buraco negro.
Imagem 1 – Esquema representativo da evolução de um buraco negro
2.1 Como é formado o buraco negro?
É comprovado cientificamente que o buraco negro forma-se a partir da
morte de uma estrela. Para entender como isso ocorre, apresentamos,
primeiramente, alguns dados sobre as estrelas.
Estrela é um astro que tem luz e calor próprios e que mantêm
praticamente as mesmas posições relativas na esfera celeste, apresenta um
brilho cintilante, o que as distingue dos planetas. As estrelas constituem o
elemento fundamental da formação do Universo e permanecem em evolução
desde o seu nascimento até a sua morte. Após ser formada, a estrela passa
por um processo chamado de “sequência principal”, que é um momento de
estabilização produzindo energia de fusão nuclear e, passa, depois, pela sua
fase de gigante ou supergigante vermelha, chegando até seu estágio final.
Depois da fase de gigante vermelha, a estrela tem duas possibilidades, a
saber:
a) se a massa inicial for um número exato durante e depois da fase da gigante
vermelha, a estrela perde massa e vira uma “Anã Branca”; perda da massa dá
origem a uma nebulosa de gás;
b) se a massa inicial é maior que um número exato, após a fase da gigante
vermelha, a estrela explode em uma supernova podendo ou não restar um
“caroço” no centro, o que nos leva a mais duas possibilidades:
b1) se o “caroço” tem massa de um número exato, ele resulta em uma
Estrela de Nêutrons;
b2) se a massa desse “caroço” for maior que esse número, colapsa –
justamente – em um buraco negro.
A formação do buraco negro pode ser explicitada, em outras palavras,
assim: uma estrela massiva sintetiza no seu interior núcleos atômicos
sucessivamente mais pesados, até chegar a síntese do núcleo de ferro. Após a
síntese de ferro, não é possível mais gerar energia a partir das reações
nucleares e a estrela resulta implodindo seu núcleo dando origem a uma
supernova. A implosão fornece energia suficiente para o “caroço” vencer a
barreira de potencial que impediria o colapso.
É, então, como um grande impulso para baixo que fornece uma força
suficiente para iniciar um processo de colapso até dar origem a um buraco
negro (Imagem 1, a seguir).
Imagem 2 – Ilustração de um buraco negro
Diante do exposto, na próxima seção, abordamos a localização do
buraco negro, tendo em vista que esse conhecimento garante a compreensão
da temática.
2.2 Onde se localiza o buraco negro?
É sabido que os buracos negros não têm lugares específicos para
ficarem no universo, pois são estrelas supermassivas e, por essa razão, podem
se fixar no espaço, em qualquer local.
Um exemplo de buraco negro que conhecemos a localização é o Cygnus
X-1, que se encontra a 6.000 anos luz do Sol. O Cygnus X-1 foi descoberto
após um lançamento de um foguete. A Imagem 1, a seguir, representa esse
buraco negro.
Imagem 3 – Cygnus X-1
A seguir, indicamos como é possível detectar um buraco negro, do ponto
de vista da Ciência.
2.3 Como se detecta o buraco negro?
Para efeitos de estudo, podemos observar a existência de um buraco, a
partir da análise dos seguintes aspectos:

Estimar a massa de objetos que orbitam ou que se dirigem, em espiral, para
dentro de seu núcleo.

Observar os efeitos de lente gravitacional.

Verificar a radiação emitida.
Os buracos negros são não deixam escapar nenhum tipo de radiação
por causa da forte atração gravitacional que exercem no espaço que os cerca.
Dessa maneira, a teoria da evolução estelar afirma que uma estrela de grande
massa se converterá em um buraco negro somente quando esgotar todo o
combustível de seu interior.
Nossos estudos permitem-nos afirmar que o buraco negro libera energia
após sugar uma matéria. Trata-se do assunto que decidimos abordar na
próxima seção.
2.4 O buraco negro e a sua massa
Os buracos negros não crescem indefinidamente e têm limite máximo de
massa. Eles param de engolir coisas à sua volta quando atingem dez mil
milhões de vezes a massa do Sol. Estas são as conclusões a que chegou o
astrofísico Priyamvada Natarajan, da Universidade de Yale, nos EUA.
A ideia é que, em certo ponto do crescimento, o buraco negro passa a
emitir mais energia do que aquela que consome. Os maiores buracos negros,
detectados nos centros de galáxias elípticas, podem atingir massas da ordem
de mil milhões de sóis, sendo mesmo assim dez vezes menores do que o limite
previsto por Priyamvada.
3. TEORIA DA RADIAÇÃO
A Teoria da Radiação de Hawking designa um tipo de energia emitida
por um buraco negro devido aos efeitos da mecânica quântica e que, em
escalas temporais extraordinariamente longas, origina que os próprios buracos
negros se evaporem.
O processo mecânico quântico foi descoberto pelo físico teórico Stephen
Hawking, em 1974, e pode ser explicado recorrendo ao princípio da incerteza
de Heisenberg. De acordo com as conclusões do princípio da incerteza de
Heisenberg, a energia de um sistema e o intervalo de tempo ao longo do qual o
sistema contém uma determinada quantidade de energia não podem ser
ambos conhecidos de forma precisa. Dessa forma, a lei da conservação da
energia apenas é válida em termos médios, podendo ser violada desde que a
violação ocorra em um período de tempo suficientemente curto.
De acordo com a mecânica quântica, pares de partículas estão
permanentemente sendo criadas para logo se apagarem. Se este par de
partículas for criado próximo do horizonte de evento de um buraco negro,
durante a sua breve existência, uma das partículas do par tem a possibilidade
de ser absorvido pelo buraco negro e ganhar energia dessa forma. Se a outra
partícula do par conseguir escapar ao buraco negro, passa a ter existência real
roubando energia que antes pertencia ao buraco negro. Com esta fuga, a
massa-energia do buraco negro é ligeiramente reduzida: o buraco negro
acabou por irradiar energia para o universo.
4. ALGUMAS ESPECULAÇÕES
Se um buraco negro entrasse no sistema solar o que aconteceria?
Primeiramente, só poderíamos detectar ele após certo tempo, pois como ele é
negro não o veríamos tão cedo. Também pela mudança de órbita nos planetas,
já que ele tem uma gravidade maior que o Sol, atrairia os planetas.
Nessa hipótese, o buraco negro faria os planetas se colidirem entre si,
criando um caos imenso. Se ele passasse por Júpiter, sugaria todos os seus
satélites naturais e aos poucos todo o gás. Já aqui na Terra, mesmo “longe” o
buraco negro iria fazer os vulcões entrarem em erupção e deixaria toda
superfície coberta de magma (massa mineral pastosa). Após sugar todo
sistema solar, deixaria apenas caos. Caso chegasse ao interior do sistema
solar, as órbitas dos planetas se tornariam caóticas.
Alguns estudiosos relatam que, em uma região muito distante da Terra,
nas profundezas da constelação de Virgem, dois buracos negros estão prestes
a se chocar. O evento cataclísmico vai ocorrer a 3,5 bilhões de anos luz daqui.
A colisão deve acontecer só daqui a 100 mil anos. Para a escala de tempo
humana, isso é uma eternidade.
5. CONCLUSÃO
Uma estrela supermassiva é denominada buraco negro, este pode ser
extremamente perigoso, pois suga toda a matéria presente em seu horizonte
de eventos, por ser supermassiva, a luz não reflete no buraco negro, sendo
assim “invisível” a olho nu.
Os cientistas sabem da existência de buracos negros com os rastros de
matéria que ele deixa e isso torna esse tema muito recente e por isso as
informações sobre ele são poucas, porém a ciência continua avançando nos
estudos e nós também.
REFERÊNCIAS
http://ciencia.hsw.uol.com.br/buracos-negros3.htm
http://knoow.net/cienciasexactas/fisica/radiacao-de-hawking/
http://oticias.uol.com.br/ciencia/ultimas-noticias/the-new-yorktimes/2016/06/30/9-curiosidades-sobre-os-buracos-negros.htm
http://revistagalileu.globo.com/Ciencia/Espaco/noticia/2015/09/dois-buracosnegros-vao-colidir-na-constelacao-de-virgem.html
http://www.if.ufrgs.br/~thaisa/bn/05_como_encontrar.htm
http://www.if.ufrgs.br/~thaisa/bn/07_bn_estelares.htm
http://www.megacurioso.com.br/astronomia/30520-e-se-um-buraco-negropassasse-pelo-nosso-sistema-solar-.htm
https://www.youtube.com/watch?v=ANPd6_ktLEw