Três razões por que os buracos negros são os objetos mais temidos do universo

Regiões do espaço das quais nem a luz escapa, os buracos negros serão os últimos objetos a sobreviver no universo

Concepção artística de um buraco negro supermassivo com milhões a bilhões de vezes a massa do Sol. Os buracos negros supermassivos são objetos enormemente densos enterrados no coração das galáxias. Crédito: Nasa/JPL-Caltech

O Halloween é uma época para ser assombrado por fantasmas, duendes e monstros demoníacos, mas nada no universo é mais assustador do que um buraco negro.

Os buracos negros – regiões do espaço onde a gravidade é tão forte que nada pode escapar – são um assunto quente nas notícias nos dias de hoje. Metade do Prêmio Nobel de Física de 2020 foi concedido a Roger Penrose por seu trabalho matemático mostrando que os buracos negros são uma consequência inevitável da teoria da gravidade de Einstein. Andrea Ghez e Reinhard Genzel compartilharam a outra metade por mostrar que um enorme buraco negro fica no centro de nossa galáxia.

Os buracos negros são assustadores por três motivos. Se você cair em um buraco negro que sobrou quando uma estrela morreu, será despedaçado. Além disso, os enormes buracos negros vistos no centro de todas as galáxias têm apetites insaciáveis. E os buracos negros são lugares onde as leis da física são obliteradas.

Tenho estudado buracos negros há mais de 30 anos. Em particular, concentrei-me nos buracos negros supermassivos que se escondem no centro das galáxias. Na maioria das vezes eles estão inativos, mas quando estão ativos e comem estrelas e gás, a região próxima ao buraco negro pode ofuscar toda a galáxia que o hospeda. As galáxias onde os buracos negros estão ativos são chamadas de quasares. Com tudo o que aprendemos sobre buracos negros nas últimas décadas, ainda existem muitos mistérios a ser resolvidos.

Morte por buraco negro

Espera-se que os buracos negros se formem quando uma estrela massiva morre. Depois que o combustível nuclear da estrela se esgota, seu núcleo entra em colapso para o estado de matéria mais denso que se possa imaginar, cem vezes mais denso do que um núcleo atômico. É tão denso que prótons, nêutrons e elétrons não são mais partículas distintas. Como os buracos negros são escuros, eles são encontrados quando orbitam uma estrela normal. As propriedades da estrela normal permitem aos astrônomos inferir as propriedades de seu companheiro escuro, um buraco negro.

O primeiro buraco negro a ser confirmado foi Cygnus X-1, a fonte de raios X mais brilhante na constelação de Cygnus. Desde então, cerca de 50 buracos negros foram descobertos em sistemas onde uma estrela normal orbita um buraco negro. Eles são os exemplos mais próximos de cerca de 10 milhões que devem estar espalhados pela Via Láctea.

Os buracos negros são tumbas de matéria; nada pode escapar deles, nem mesmo a luz. O destino de qualquer pessoa que caia em um buraco negro seria uma dolorosa “espaguetificação”, uma ideia popularizada por Stephen Hawking em seu livro Uma Breve História do Tempo. Na espaguetificação, a intensa gravidade do buraco negro o desmontaria, separando seus ossos, músculos, tendões e até moléculas. Como o poeta Dante descreveu as palavras sobre as portas do inferno em seu poema A Divina Comédia: Abandone a esperança, todos vocês que aqui entram.

Buraco negro no centro da galáxia M87. O buraco negro é delineado pela emissão de gás quente girando em torno dele sob a influência da forte gravidade perto de seu horizonte de eventos. Crédito: Event Horizon Telescope Collaboration
Uma fera faminta em todas as galáxias

Nos últimos 30 anos, observações com o telescópio espacial Hubble mostraram que todas as galáxias têm buracos negros em seus centros. Galáxias maiores têm buracos negros maiores.

A natureza sabe como fazer buracos negros em uma gama impressionante de massas, de cadáveres de estrelas com algumas vezes a massa do Sol a monstros dezenas de bilhões de vezes mais massivos. Essa é a diferença entre uma maçã e a Grande Pirâmide de Gizé.

No ano passado, os astrônomos publicaram a primeira imagem de um buraco negro e seu horizonte de eventos, uma besta de 7 bilhões de massa solar no centro da galáxia elíptica M87.

É mais de mil vezes maior do que o buraco negro em nossa galáxia, cujos descobridores ganharam o Prêmio Nobel deste ano. Esses buracos negros são escuros na maior parte do tempo, mas quando sua gravidade atrai estrelas e gás próximos, eles entram em atividade intensa e liberam uma grande quantidade de radiação. Buracos negros maciços são perigosos de duas maneiras. Se você chegar muito perto, a enorme gravidade irá sugá-lo. E se eles estiverem em sua fase quasar ativa, você será atingido por uma radiação de alta energia.

Quão brilhante é um quasar? Imagine pairar sobre uma grande cidade como Los Angeles à noite. As cerca de 100 milhões de luzes de carros, casas e ruas da cidade correspondem às estrelas de uma galáxia. Nessa analogia, o buraco negro em seu estado ativo é como uma fonte de luz de 1 polegada (2,54 centímetros) de diâmetro no centro de Los Angeles que ofusca a cidade por um fator de centenas ou milhares. Os quasares são os objetos mais brilhantes do universo.

A galáxia NGC 1068, mostrada em luz visível e raios X nesta imagem composta. Raios X de alta energia (magenta) capturados pelo Nuclear Spectroscopic Telescope Array, ou NuSTAR, são sobrepostos em imagens de luz visível do Hubble Space Telescope, da Nasa/ESA, e do Sloan Digital Sky Survey. A luz de raios X vem de um buraco negro supermassivo ativo, também conhecido como quasar, no centro da galáxia. Esse buraco negro foi amplamente estudado por estar relativamente próximo da Via Láctea. Crédito: Nasa/JPL-Caltech/Roma Tre Univ.
Buracos negros supermassivos são estranhos

O maior buraco negro descoberto até agora pesa 40 bilhões de vezes a massa do Sol, ou 20 vezes o tamanho do Sistema Solar. Enquanto os planetas externos em nosso Sistema Solar orbitam uma vez a cada 250 anos, esse objeto muito mais massivo gira uma vez a cada três meses. Sua borda externa se move à metade da velocidade da luz. Como todos os buracos negros, os enormes são protegidos da visão por um horizonte de eventos. Em seus centros está uma singularidade, um ponto no espaço onde a densidade é infinita. Não podemos entender o interior de um buraco negro porque as leis da física não funcionam. O tempo congela no horizonte de eventos e a gravidade se torna infinita na singularidade.

A boa notícia sobre buracos negros massivos é que você pode sobreviver caindo em um deles. Embora sua gravidade seja mais forte, a força de alongamento é mais fraca do que seria com um pequeno buraco negro e não o mataria. A má notícia é que o horizonte de eventos marca a beira do abismo. Nada pode escapar de dentro do horizonte de eventos, então você não pode escapar ou relatar sua experiência.

De acordo com Stephen Hawking, os buracos negros estão evaporando lentamente. No futuro distante do universo, muito depois que todas as estrelas morreram e as galáxias foram arrancadas de vista pela expansão cósmica acelerada, os buracos negros serão os últimos objetos sobreviventes.

Os buracos negros mais massivos levarão um número inimaginável de anos para evaporar, estimado em 10 elevado à centésima potência, ou 10 com 100 zeros depois. Os objetos mais assustadores do universo são quase eternos.

* Chris Impey é professor distinto de astronomia na Universidade do Arizona (EUA).

** Este artigo foi republicado do site The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original aqui.

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