Um buraco negro é uma região do espaço onde a gravidade é tão forte que nada, nem mesmo a luz, pode escapar uma vez que cruza o horizonte de eventos. Os astrônomos não podem ver buracos negros diretamente, então eles inferem sua presença a partir de efeitos na matéria, luz e espaço-tempo próximos — por meio de discos de acreção, estrelas em órbita e ondulações chamadas ondas gravitacionais. Duas observações históricas, a detecção de ondas gravitacionais do LIGO em 2015 e a imagem do Telescópio do Horizonte de Eventos de M87 em 2019, transformaram o conceito de teoria em evidência direta.
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Buracos negros se formam de mais de uma maneira, e os astrônomos os classificam em classes de tamanho com base na massa e não em uma única história de origem.
Como os buracos negros se formam
A rota mais bem compreendida é a morte estelar. De acordo com o projeto Imagine the Universe da NASA, um buraco negro de massa estelar se forma quando uma estrela massiva fica sem combustível nuclear e seu núcleo colapsa sob sua própria gravidade, um processo que pode acompanhar uma explosão de supernova. A NASA afirma que esses buracos negros de massa estelar tipicamente têm massas cerca de 5 a 20 vezes a do Sol e estão espalhados por galáxias onde quer que estrelas massivas tenham vivido e morrido.
Na outra extremidade da escala estão os buracos negros supermassivos, encontrados no centro de quase todas as grandes galáxias, com massas variando de milhões a bilhões de vezes a massa do Sol, segundo a NASA. Exatamente como esses gigantes se formam e crescem é descrito pela NASA como uma área ativa de pesquisa, embora as observações mostrem uma correlação entre o tamanho do buraco negro central de uma galáxia e o tamanho da própria galáxia.
A NASA também descreve uma classe intermediária proposta, com massas entre os intervalos estelar e supermassivo. A agência observa que os astrônomos começaram a encontrar recentemente possível evidência de buracos negros de massa intermediária, após muitos objetos candidatos anteriores terem se mostrado explicados por outros processos físicos.
Como os astrônomos detectam algo que não emite luz
Um buraco negro em si não pode ser visto porque não emite sua própria luz. A página Imagine the Universe da NASA explica que os astrônomos confiam em detecção indireta: eles procuram comportamento em objetos próximos que só pode ser explicado pela presença de uma massa muito grande, densa e invisível. Isso inclui material sendo puxado e aquecido em um disco de acreção brilhante, ou estrelas visivelmente orbitando um ponto onde nenhuma estrela pode ser vista.
Uma maneira de representar essa evidência indireta é a interferometria de rádio. O Telescópio do Horizonte de Eventos (EHT) liga observatórios de rádio em todo o planeta usando uma técnica chamada interferometria de linha de base muito longa (VLBI), que, conforme explicado pelo site de divulgação de física Einstein-Online, combina observações simultâneas de múltiplos telescópios em dados equivalentes a um único telescópio do tamanho da Terra. O buraco negro não aparece diretamente; o que o EHT registra é emissão de rádio de gás quente e turbilhonante no disco de acreção, com uma região central escura — a 'sombra' do buraco negro — criada onde a luz se curva ao redor do objeto sob gravidade extrema.
A primeira imagem: M87
Em 10 de abril de 2019, a colaboração EHT lançou a primeira imagem jamais construída dessa maneira, mostrando o buraco negro supermassivo no centro da galáxia M87, localizado aproximadamente 55 milhões de anos-luz da Terra, de acordo com o MIT News, que informou sobre o lançamento. O MIT News relatou a massa do objeto como aproximadamente 6,5 bilhões de vezes a do Sol, com o horizonte de eventos capturado medindo pouco menos de 40 bilhões de quilômetros de largura. A campanha de observação combinou oito observatórios de rádio baseados em terra e envolveu mais de 200 pesquisadores em todo o mundo.
Ouvindo buracos negros: ondas gravitacionais
Um método de detecção separado não usa luz em absoluto. Em 14 de setembro de 2015, às 5:51 a.m. EDT, o Observatório de Ondas Gravitacionais do Interferômetro a Laser (LIGO) realizou a primeira detecção direta de ondas gravitacionais — ondulações no espaço-tempo previstas pela relatividade geral de Einstein — de acordo com o MIT News. O sinal veio de dois buracos negros, cada um com cerca de 30 vezes a massa do Sol, se fundindo aproximadamente 1,3 bilhão de anos-luz de distância. A colisão converteu energia equivalente a cerca de três massas solares em ondas gravitacionais, conforme o relatório do MIT, brevemente irradiando mais potência do que toda a luz no universo visível. Os detectores de laser gêmeos de 4 quilômetros do LIGO na Louisiana e Washington State mediram uma mudança no comprimento do braço menor que um dez-milésimo do diâmetro de um próton para registrar o sinal.
O LIGO foi posteriormente unido pelo detector Virgo na Itália e KAGRA no Japão para formar a Colaboração LIGO-Virgo-KAGRA (LVK), que o Caltech relata ter registrado aproximadamente 300 fusões de buracos negros desde 2015, incluindo mais de 200 durante sua quarta rodada de observação sozinha. Em novembro de 2023, a colaboração observou a fusão dos buracos negros mais massivos já registrados por ondas gravitacionais, um evento designado GW231123, envolvendo objetos de aproximadamente 100 e 140 massas solares que se fundiram em um buraco negro de cerca de 225 massas solares, relatou o Caltech.
Fatos principais em resumo
Classes de buracos negros e como foram detectados
Classe / Evento
Massa (massas solares)
Método de detecção
Buraco negro de massa estelar
~5–20
Indireto: efeitos em matéria/estrelas em órbita (NASA)
Massa intermediária (proposto)
Não definido com precisão pela NASA; poucos candidatos confirmados
Indireto, candidatos confirmados limitados (NASA)
Buraco negro supermassivo
Milhões a bilhões
Indireto; capturado diretamente apenas para M87* e Sagitário A* (NASA/EHT)
M87* (primeira capturada, 2019)
~6,5 bilhões
Imagem VLBI de rádio, Telescópio do Horizonte de Eventos
Fusão GW150914 (2015)
~30 + ~30 → buraco negro final
Interferometria de ondas gravitacionais, LIGO
Fusão GW231123 (2023)
~100 + ~140 → ~225 final
Interferometria de ondas gravitacionais, LIGO-Virgo-KAGRA
Buracos negros dessa massa são proibidos através de modelos padrão de evolução estelar.
— Mark Hannam, Universidade de Cardiff, citado pelo Caltech sobre a fusão GW231123
Juntos, os dois métodos — representar o material brilhante ao redor de um buraco negro com interferometria de rádio, e ouvir o 'chirp' de ondas gravitacionais de dois buracos negros espiralizando — dão aos astrônomos maneiras independentes e complementares de confirmar que um objeto é um buraco negro e de medir sua massa, apesar de o buraco negro em si nunca emitir nada que possa ser visto diretamente.
Perguntas
Podemos realmente ver um buraco negro?
Não — um buraco negro em si não emite luz. O que telescópios como o Telescópio do Horizonte de Eventos registram é emissão de rádio do gás quente turbilhonando ao seu redor (o disco de acreção), com uma 'sombra' escura onde o buraco negro bloqueia e curva a luz, de acordo com Einstein-Online e a NASA.
Como os buracos negros se formam?
Os buracos negros de massa estelar se formam quando uma estrela massiva esgota seu combustível e seu núcleo colapsa, às vezes em uma supernova, segundo a NASA. Como os buracos negros supermassivos nos centros das galáxias se formam ainda é uma área ativa de pesquisa, afirma a NASA.
Qual foi a primeira imagem direta de um buraco negro?
Em 10 de abril de 2019, a colaboração do Telescópio do Horizonte de Eventos lançou uma imagem do buraco negro supermassivo na galáxia M87, aproximadamente 55 milhões de anos-luz de distância, construída a partir de dados de rádio coletados por oito observatórios, conforme relatado pelo MIT News.
O que são ondas gravitacionais e como se relacionam com buracos negros?
Ondas gravitacionais são ondulações no espaço-tempo previstas pela relatividade geral de Einstein; o LIGO realizou a primeira detecção direta em 14 de setembro de 2015, de dois buracos negros se fundindo de cerca de 30 massas solares cada um, localizados aproximadamente 1,3 bilhão de anos-luz de distância, de acordo com o MIT News.
Quão massivos podem ser os buracos negros?
Buracos negros de massa estelar são tipicamente 5–20 vezes a massa do Sol (NASA), enquanto buracos negros supermassivos variam de milhões a bilhões de massas solares; o buraco negro de M87 capturado em 2019 tem uma massa de aproximadamente 6,5 bilhões de Sóis, segundo o MIT News.
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O treinamento de astronautas é um processo de vários anos que começa com uma triagem de seleção para educação, experiência e aptidão física, depois passa para anos de treinamento em terra antes de qualquer voo. De acordo com a NASA e a Agência Espacial Europeia (ESA), os candidatos aprendem sistemas de espaçonaves e praticam caminhadas espaciais debaixo d'água, e os candidatos da ESA também estudam russo, enquanto a vida a bordo da Estação Espacial Internacional (ISS) funciona em um cronograma diário fixo de trabalho, exercício e sono.
Um buraco negro é uma região do espaço onde a gravidade é tão forte que nada, nem mesmo a luz, pode escapar uma vez que cruza o horizonte de eventos. A maioria se forma quando uma estrela massiva esgota seu combustível nuclear e seu núcleo colapsa; as versões supermassivas crescem nos centros galácticos ao longo de bilhões de anos. Imagens diretas e detecções de ondas gravitacionais confirmaram sua existência e testaram a relatividade geral de Einstein.
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