Um Buraco Negro é uma região do espaço onde o campo gravitacional é tão forte que nada escapa dessa região, nem mesmo a luz. Daí o nome "negro", porque a luz não é refletida no corpo celeste, e sim literalmente engolida por ele. Mas por que um campo gravitacional tão forte? A resposta está na sua densidade, quanto maior a densidade do corpo, mais "forte" será o seu campo gravitacional.
Imagine uma estrela, de no mínimo 10 vezes o tamanho do nosso Sol -uma gigante vermelha- , quando essa estrela consumir todo o seu combustível de fusão nuclear, um dos seus possíveis fins é se contrair em uma estrela de nêutrons e posteriormente colapsar-se em um buraco negro.
Quando não tem mais nada para gastar, a estrela não consegue gerar pressão suficiente para compensar o peso de suas camadas externas. É como se a estrela fosse um prédio e não tivesse mais estrutura na base para suportar os andares superiores. Ela colapsa sobre o próprio peso. Com isso, ocorre a supernova, nome dado a explosão de uma estrela.
Para uma estrela se tornar um buraco negro, ela deve se contrair de modo que fique menor que o seu Raio de Schwarzschild. O Raio de Schwarzschild é o tamanho do horizonte de eventos, ou seja, do campo gravitacional de um corpo, caso ele se torne um buraco negro, e depende exclusivamente de sua massa. Todo corpo possui um Raio de Schwarzschild, o nosso Sol por exemplo, possui um de 3km, isso quer dizer que se alienígenas esmagassem o Sol de modo que ele se tornasse menor do que 3 km de diâmetro, ele se tornaria um buraco negro e o raio de seu horizonte de eventos mediria 3 km.
Um buraco negro é composto basicamente de 3 partes:
A Singularidade, o Horizonte de Eventos e a Radiação Hawking.
A singularidade é o centro do buraco negro, é onde está comprimida toda a massa da estrela que outrora foi. Uma singularidade é um ponto do espaço-tempo que possui uma massa gigantesca, enquanto o seu volume é mínimo, gerando assim uma curvatura do espaço-tempo (associado ao campo gravitacional) infinita. Antes do Big Bang, toda matéria e energia e até mesmo o espaço-tempo estavam comprimidos em um único ponto, a singularidade primordial, semelhante a dos buracos negros. Por isso acredita-se que estudando os buracos negros, poderemos entender melhor como ocorreu o big bang, graças a semelhança entre as singularidade presentes em ambos. No entanto, para estudar singularidades precisamos aplicar duas teorias físicas, que são os dois pilares fundamentais da física moderna: A Relatividade Geral e a Mecânica Quântica. Uma vez que um buraco negro é um corpo muito denso, com implicações gravitacionais tão grandes, necessita ser estudado através da óptica relativística. E por outro lado, é um corpo muito pequeno, que libera radiação e está associado a fenômenos quânticos, e precisa também ser estudado por uma óptica quântica. No entanto, quando unimos as equações da Relatividade e da Mecânica Quântica elas se mostram incompatíveis. Ou seja, as duas teorias não podem estar certas ao mesmo tempo. Como isso pode ocorrer?Ainda não sabemos, mas os físicos estão buscando a resolução desse problema, desenvolvendo o que chamamos de Teoria de Campo Unificado ou Teoria de Tudo, que busca unificar essas duas áreas da física. Sabemos que ambas as teorias estão corretas, Relatividade e Mecânica Quântica, pois foram comprovadas através de vários experimentos científicos, por isso é fundamental a unificação delas, pois apenas dessa forma poderemos entender o Big Bang.
A Radiação Hawking
Há um processo chamado de flutuação quântica de vácuo. Ela consiste na produção, durante poucos instantes, de pares de partículas e antipartículas no vácuo. Tais pares se desintegram rapidamente entre si, anulando a energia necessária para sua formação, contribuindo assim para a energia do ponto zero.
No entanto, no limite da fronteira chamada horizonte de eventos, a probabilidade de que um dos membros do par se forme no interior, e o outro no exterior não é nula, portanto, um dos componentes do par poderia escapar do buraco negro. Este fenômeno tem por resultante uma emissão efetiva de radiação por parte do buraco negro, e a sua consequente diminuição de massa, levando a sua "evaporação" ao longo do tempo. E isso é o que chamamos de Radiação Hawking, em homenagem ao físico britânico Stephen Hawking.
Outro componente do Buraco Negro é o Horizonte de Eventos. O Horizonte de Eventos é o limite geométrico do Buraco Negro, é até onde vai o seu campo gravitacional. Qualquer coisa que ultrapasse esse limite é engolido, nem mesmo a luz escapa, por isso não podemos observar diretamente esses corpos, uma vez que toda a luz que chega até eles é sugada, e não refletida. Observamo-os através das influências gravitacionais geradas em corpos celestes próximos, e pela radiação emitida por eles.
O Buraco Negro no centro da Via Láctea
O Buraco Negro do centro da nossa galáxia se chama Sagittarius A* .Provavelmente grande parte das galáxias elípticas e espirais possuem no seu centro um buraco negro supermassivo. Os buracos negros supermassivos possuem uma massa muito superior aos buracos negros estelares. Este tipo de buracos negros muito massivos situam-se no centro das galáxias e terão surgido quando o Universo era bem mais jovem.
No caso da Via Láctea, Sagittarius A* localiza-se a cerca de 26.000 anos-luz de distância do nosso Sol. A massa deste buraco negro não é conhecida precisamente, porém existem estimativas que afirmam que seja equivalente a 4 milhões de massas solares, enquanto por outro lado há quem defenda que está em torno de 1 milhão de massas solares.
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