Buracos Negros
O estado final de uma estrela transcorre como uma Gigante Vermelha, porém sua morte depende decisivamente da massa que ela possui. Deste modo, a estrela pode terminar sua vida pacificamente como uma anã branca , ou se tem massa maior, pode chegar a ser (depois da fase de uma supernova) uma estrela de nêutrons, ou ainda, em um caso extremo, converter-se em um buraco negro.
O que sempre ocorre é que a estrela de algum modo se desfaz de parte de seu material; formando as chamadas nebulosas planetárias (restando uma anã branca em seu centro), ou de outro modo libera violentamente seu material ao exterior mediante uma supernova.
Falando sem muitos rodeios, abertamente e sem muita teoria envolvida no assunto, um buraco negro é uma região no espaço com tanta massa concentrada nessa mesma região que é impossível a um qualquer objeto próximo escapar á sua força gravitacional. Como a nossa melhor teoria da gravidade neste momento é a teoria geral da relatividade de Einstein, teremos de nos aprofundar em alguns resultados da sua teoria para podermos compreender os buracos negros em detalhe
Imagine que você está na superfície de um planeta, e atira uma pedra ao ar, bem alto. Assumindo que não a lança com demasiada força, a pedra irá subir por um bocado, mas eventualmente a sua aceleração irá diminuir, até começar a cair de volta, por causa da gravidade do planeta. Se você atirasse a pedra com uma força determinada, poderia conseguir que ela subisse o suficiente para escapar à gravidade do planeta. E nunca mais iria parar de subir, pois não havia nenhuma força contrária a essa que a impedisse de subir (no caso do planeta, existia a força gravitacional). A velocidade com que se precisa de lançar a pedra para que consiga escapar mesmo à justa à gravidade do planeta é chamada de Velocidade de Escape { vê = Raiz Quadrada ( 2 G m / r) }. Em que vê representa a velocidade de escape, o G é a constante universal da gravidade (equivalente a 6.67 × 10-11 N m2 kg-2 ), o m representa a massa do planeta, ou objeto de que deseja escapar e o r é o raio do planeta, ou objeto de que deseja escapar.
Como seria de esperar, a velocidade de escape depende da massa do planeta: se o planeta é extremamente maciço, então a sua gravidade é muito forte, e a velocidade de escape é muito alta, ou seja, é necessária mais força para poder escapar à gravidade do planeta. Logo, num planeta menos maciço, tem-se uma velocidade de escape muito mais baixa. Depende também do quão longe você estiver do centro do planeta, ou então, perto da sua atmosfera. Quanto mais perto estiver do centro, mais difícil é escapar à gravidade do planeta. A velocidade de escape da Terra é de 11,2 Km/s, ou seja, cerca de 40.000Km/h. A da lua é apenas de 2,4Km/s, ou mais ou menos 8.500Km/h. Agora, depois de todos estes conceitos, imagine um objeto com uma tal concentração de massa num raio tão pequeno que a sua velocidade de escape consegue ser superior à velocidade da luz! Então, como nada pode andar mais rápido do que a luz, também nada pode escapar ao campo gravitacional do objeto, neste caso, o buraco negro. Mesmo um feixe de luz seria puxado para trás pela gravidade e seria impossível escapar dele.
A idéia da concentração de massa tão densa que nem mesmo a luz escaparia, retorna no tempo até ao século XVIII e a Laplace. Quase imediatamente depois que Einstein desenvolveu a relatividade geral, Karl Schwarzschild descobriu uma solução matemática para as equações da teoria que descrevia tal objeto. Foi apenas muito mais tarde, com o trabalho de pessoas como Oppenheimer, Volkoff e Snyder em 1930, que as pessoas pensariam seriamente acerca da possibilidade que tais objetos pudessem realmente existir no Universo. Estes pesquisadores mostraram que quando uma estrela suficientemente maciça fica sem hidrogênio para se "alimentar", não é capaz de se suportar contra a sua própria força gravitacional, e cai sobre si mesma, transformando-se num buraco negro.
Na relatividade geral, a gravidade é uma manifestação de curvatura do espaço-tempo. Objetos maciços distorcem o espaço e o tempo, logo as regras usuais da geometria deixam de se aplicar. Perto de um buraco negro, esta distorção de espaço é extremamente severa e faz com que os buracos negros tenham propriedades estranhas. Na verdade, um buraco negro tem algo a que se chama "horizonte de eventos". Este horizonte é uma como uma superfície esférica (tal como uma bola) que marca a fronteira do buraco negro. Pode-se passar para dentro desse horizonte, ou fronteira, mas nunca mais se consegue sair. De fato, uma vez atravessado o horizonte, está-se condenado a ficar cada vez mais perto da "singularidade" no centro do buraco negro.
Pode-se pensar no horizonte como o lugar onde a velocidade de escape é igual á velocidade da luz. Fora do horizonte, a velocidade de escape é maior que a velocidade da luz, então, se carregarmos no acelerador a fundo e tivermos uma nave espacial boa, poderemos conseguir fugir. Mas, se estivermos dentro do horizonte do buraco negro, então nem importa o quão poderosa é a nave, nem a quantidade de energia, pois nunca escapará!
O horizonte do buraco negro tem propriedades geométricas bastante estranhas. Para um observador que está parado algures longe do buraco negro, o horizonte parece ser uma superfície esférica bonita e estática, totalmente parada. Mas quando se aproxima do horizonte, repara-se que tem uma velocidade incrível. De fato, está a mexer-se á velocidade da luz! Isto explica porque é tão fácil de atravessar o horizonte para dentro, mas impossível de atravessar para fora. Uma vez que o horizonte se mexe á velocidade da luz, teria que se poder viajar mais depressa que a luz para conseguir fugir. Como não se pode fazer tal, não se pode escapar do buraco negro.
Uma vez dentro do horizonte, o espaço-tempo é tão distorcido que as coordenadas que descrevem a distância radial e o tempo trocam de "lugar". Ou seja, "r" (raio), a coordenada que descreve o quão longe estamos do centro, passa a ser a coordenada de tipo tempo, e a coordenada "t" (tempo) passa a ser uma coordenada do tipo espaço. Uma das conseqüência disto é que nunca se pode evitar de nos movermos para valores mais pequenos de "r", como em circunstâncias normais não se pode evitar de avançarmos no tempo, para o nosso futuro (ou seja, valores cada vez maiores de "t"). Eventualmente, teremos que chegar á singularidade, ou r=0. Mesmo que dispares os foguetões para tentar evitar, é fútil, não interessa para onde se foge, não se pode evitar o futuro. Tentar evitar o centro de um buraco negro depois de se ter atravessado o horizonte é como evitar a próxima segunda-feira.