A NASA define um buraco negro como uma área de gravidade tão imensa que nada, nem mesmo a luz, pode escapar dele. O limite visível ao redor dessa região é chamado horizonte de eventos: o ponto onde a velocidade necessária para escapar da atração gravitacional excede a velocidade da luz, de acordo com a visão oficial da NASA sobre buracos negros.
Dentro desse limite, de acordo com o site educacional da NASA para o público, a matéria restante de uma estrela colapsada é pensada como se comprimisse em um ponto infinitamente pequeno chamado singularidade. Apesar de seu tamanho diminuto, sua atração gravitacional governa tudo dentro do horizonte de eventos.
Como um buraco negro estelar se forma
A NASA afirma que um buraco negro de massa estelar se forma quando uma estrela com mais de aproximadamente 20 vezes a massa do Sol esgota o combustível nuclear em seu núcleo e colapsa sob seu próprio peso. O colapso dispara uma supernova que expulsa as camadas externas da estrela, enquanto o núcleo continua caindo para dentro. Uma vez que o núcleo em colapso excede aproximadamente três massas solares, a NASA observa, o colapso em um buraco negro se torna inevitável porque nenhuma força conhecida pode detê-lo.
Uma estrela normalmente mantém sua forma porque a pressão para fora da fusão nuclear equilibra a atração para dentro de sua própria gravidade. Quando o combustível acaba, esse equilíbrio se quebra, e a gravidade comprime o núcleo até formar um buraco negro, de acordo com a mesma explicação da NASA.
Nem todos os buracos negros têm o mesmo tamanho
A visão da NASA sobre buracos negros distingue várias categorias por massa. Os buracos negros de massa estelar variam de aproximadamente três a várias dezenas de massas solares e estão espalhados pela Via Láctea. Os buracos negros supermassivos, encontrados nos centros da maioria das grandes galáxias, incluindo a nossa, pesam entre 100 mil e bilhões de massas solares.
Uma terceira categoria, buracos negros de massa intermediária pesando aproximadamente 100 a mais de 10 mil massas solares, havia sido suspeita há muito tempo e tinha apenas um punhado de candidatos identificados através de evidência indireta, de acordo com a NASA. A NASA descreve uma detecção de ondas gravitacionais de 2019, coberta a seguir, como o exemplo mais convincente dessa classe até agora.
Categorias de buraco negro por massa (NASA)| Categoria | Massa típica | Onde encontrado |
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| Massa estelar | ~3 a dezenas de massas solares | Em toda a Via Láctea |
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| Massa intermediária | ~100 a mais de 10 mil massas solares | Exemplo mais convincente da fusão de ondas gravitacionais de 2019 (GW190521) |
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| Supermassivo | 100 mil a bilhões de massas solares | Centros da maioria das grandes galáxias |
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Prova que não depende de ver luz
Como os buracos negros não emitem luz, os cientistas confirmam sua existência indiretamente. A NASA aponta para vários métodos: detectar raios X e ondas de rádio de matéria aquecida a temperaturas extremas perto do horizonte de eventos, observar jatos de partículas se movendo perto da velocidade da luz que emitem ondas de rádio, raios X e raios gama, e detectar ondas gravitacionais — ondulações no espaço-tempo medidas pela primeira vez em 2015 de um evento chamado GW150914, quando dois buracos negros espiralam um em torno do outro e se fundiram, de acordo com a NASA.
O método de ondas gravitacionais posteriormente produziu o primeiro buraco negro de massa intermediária confirmado. A Colaboração Científica LIGO e a Colaboração Virgo anunciaram em 2 de setembro de 2020 que haviam detectado um sinal, designado GW190521, de um evento que ocorreu em 21 de maio de 2019, de acordo com a página oficial de detecção do LIGO. Dois buracos negros com massas de aproximadamente 85 e 66 massas solares se fundiram em um único remanescente de 142 massas solares — a primeira detecção clara de um buraco negro de massa intermediária, segundo afirma o LIGO.
O LIGO também observa que a fusão é cientificamente notável porque as massas progenitoras caem dentro da chamada lacuna de massa de instabilidade de par, um intervalo (aproximadamente 65 a 120 massas solares) onde a teoria padrão do colapso estelar não prevê que buracos negros se formem diretamente, sugerindo que os objetos podem ter resultado de fusões anteriores.
Vendo a sombra de um buraco negro
Além da detecção indireta, os astrônomos produziram uma imagem direta. O Telescópio do Horizonte de Eventos, uma rede global de observatórios de rádio, lançou a primeira imagem de um buraco negro em 2019 — o no centro da galáxia M87, estimado em 6,5 bilhões de massas solares e a aproximadamente 55 milhões de anos-luz de distância, de acordo com a visão da NASA sobre buracos negros.
A imagem mostra um anel brilhante de gás incandescente envolvendo uma "sombra" central escura, a silhueta projetada pelo horizonte de eventos do buraco negro contra a luz da matéria caindo.
O que permanece incerto
De acordo com a NASA, a origem dos buracos negros supermassivos permanece mal compreendida, embora a evidência mostre que já existiam no início do histórico das galáxias.
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