Buracos Negros Explicados: Como Se Formam, Como Se Parecem e a Prova de que Existem

Buracos negros são regiões do espaço onde a gravidade é forte o suficiente para que, além de certo limite, nem mesmo a luz possa escapar. Esse limite é chamado de horizonte de eventos, e a NASA o descreve como o ponto onde a velocidade necessária para escapar excede a velocidade da luz.

Como os buracos negros se formam

A rota mais comum é a morte de uma estrela massiva. De acordo com a NASA, uma estrela com mais de 20 massas solares que esgota o combustível nuclear em seu núcleo colapsa sob seu próprio peso. Uma vez que um núcleo em colapso excede aproximadamente três massas solares, nenhuma força conhecida pode parar o colapso, e um buraco negro resulta.

Buracos negros supermassivos, que ficam nos centros de grandes galáxias e pesam entre 100.000 e bilhões de massas solares, são mais difíceis de explicar apenas pelo colapso estelar. A NASA afirma que a origem dos buracos negros supermassivos é pouco compreendida, apesar de se saber que existem desde os primeiros dias da vida de uma galáxia.

Buracos negros também crescem depois de se formarem, puxando gás e poeira circundantes através de um processo chamado acreção, e se fundindo com outros buracos negros.

A estrutura de um buraco negro

A descrição da NASA sobre a anatomia dos buracos negros lista várias partes distintas. A singularidade é o ponto teórico no centro onde, de acordo com a relatividade geral, a matéria é esmagada a uma densidade infinita. Ao redor dela está o horizonte de eventos, o ponto de não retorno.

Mais afastado, o gás e a poeira que caem formam um disco de acreção, uma estrutura giratória que é aquecida enquanto espirala para dentro, tornando-a uma das principais formas pelas quais os astrônomos detectam buracos negros. Perto do buraco negro, a luz pode orbitar várias vezes antes de escapar, produzindo um anel fino e distorcido conhecido como esfera de fótons. Alguns buracos negros também geram uma coroa de partículas de um bilhão de graus acima do disco, e pares de jatos que disparam matéria para fora a quase a velocidade da luz, com jatos de buracos negros supermassivos se estendendo a centenas de milhares de anos-luz, de acordo com a NASA.

Tipos de buracos negros

Os astrônomos agrupam os buracos negros por massa. Buracos negros de massa estelar variam de cerca de três a várias dúzias de massas solares e são dispersos por galáxias como a Via Láctea. Buracos negros supermassivos ancoram os centros de grandes galáxias e pesam de 100.000 a bilhões de massas solares; o no coração da galáxia Messier 87 pesa mais de 6 bilhões de massas solares, de acordo com a NASA. Buracos negros de massa intermediária, no intervalo de 100 a mais de 10.000 massas solares, têm poucos exemplos confirmados; a NASA chama o evento de fusão de 2019 GW190521, que produziu um buraco negro de 142 massas solares, o exemplo mais convincente desta categoria até agora.

Como os cientistas provaram que os buracos negros são reais

Imagens diretas de um buraco negro são impossíveis no sentido normal, já que nenhuma luz escapa do interior do horizonte de eventos. Em vez disso, os pesquisadores procuram por efeitos indiretos, e dois resultados históricos na última década transformaram buracos negros de uma previsão teórica em uma realidade observada.

O primeiro veio em 14 de setembro de 2015, quando os detectores gêmeos Advanced LIGO nos Estados Unidos captaram um sinal de onda gravitacional, posteriormente denominado GW150914, de acordo com o relatório do Physics World sobre a descoberta. O sinal veio de dois buracos negros, com massas de 36 e 29 vezes o Sol, se fundindo em um único buraco negro girante de 62 massas solares aproximadamente 1,3 bilhão de anos-luz de distância. A diferença, equivalente a 3 massas solares, tinha sido radiada como ondas gravitacionais. A detecção foi medida com uma significância estatística acima de 5,1 sigma e confirmou, entre outras coisas, que as ondas gravitacionais viajam à velocidade da luz, como previsto pela relatividade geral de Einstein.

O segundo marco veio em 10 de abril de 2019, quando a colaboração do Event Horizon Telescope divulgou a primeira imagem do cenário de um buraco negro, conforme relatado pela MIT News. O alvo era o buraco negro supermassivo no centro de M87, a 55 milhões de anos-luz da Terra, com uma massa de 6,5 bilhões de Sóis e um horizonte de eventos com aproximadamente 40 bilhões de quilômetros de diâmetro. Oito radiotelescópios terrestres, do Havaí e Arizona até México, Espanha, Chile e Antártida, trabalhou juntos como um único instrumento virtual para capturar a imagem, que mostrou um anel brilhante de gás incandescente cercando uma "sombra" central escura.

Mais de 200 pesquisadores de 13 instituições parceiras contribuíram para o resultado de 2019, de acordo com a MIT News, e a sombra observada correspondia às previsões da relatividade geral.

Efeitos gravitacionais no espaço circundante

Perto de um buraco negro, a matéria que cai espirala para dentro do disco de acreção, que a NASA descreve como um "disco quente, brilhante e em rápida rotação" — uma das principais formas pelas quais os astrônomos detectam buracos negros, embora o próprio buraco negro não emita luz. Esses mesmos efeitos gravitacionais curvam a trajetória da luz que passa perto, o que é o que produz o anel incandescente visto nas imagens do EHT em vez de um simples círculo escuro.

Perguntas frequentes