O que é um buraco negro?
Cientistas encontram indícios de buraco negro no centro da galáxia (notícia)
Raios X revelam buraco negro da Via Láctea (notícia)

O que é um buraco negro?

De forma muito simplista, um buraco negro é uma região do espaço que contém tanta massa concentrada que nenhum objecto consegue escapar de sua atracção gravitacional. Como a melhor teoria gravitacional no momento ainda é a Teoria da Relatividade Geral de Einstein, somos obrigados a mergulhar em alguns dos resultados preditos por essa teoria para entender os detalhes de um buraco negro, mas vamos começar devagar, pensando sobre a gravidade em circunstâncias relativamente simples.

Suponha que você está na superfície de um planeta. Você atira uma pedra directo para cima. Supondo que você não atire a pedra muito forte, ela subirá por algum tempo, mas eventualmente a aceleração devida à gravidade do planeta vai fazê-la descer de novo. Se você atirar a pedra com força suficiente, no entanto, você poderia fazê-la escapar inteiramente da gravidade do planeta. A pedra continuaria a subir para sempre. A velocidade com que é necessário atirar a pedra para que ela escape da atracção gravitacional do planeta é chamada de "velocidade de escape". Como seria de esperar, a velocidade de escape depende da massa do planeta: se o planeta for extremamente massivo, sua gravidade é muito intensa, e a velocidade de escape muito elevada. Um planeta mais "leve" teria uma velocidade de escape inferior. A velocidade de escape também depende da distância a que você se encontra do centro do planeta: quanto mais perto você estiver, maior a velocidade de escape. A velocidade de escape da Terra é de 11,2 km/s (cerca de 40.000 km/h), enquanto que a velocidade de escape da Lua é de apenas 2,4 km/s (cerca de 8.600 km/h).

Imagine agora um objecto com tamanha massa, concentrada num raio de tal forma pequeno, que sua velocidade de escape seja maior que a velocidade da luz. Neste caso, uma vez que nada pode se deslocar mais rapidamente que a luz, nada poderá escapar do campo gravitacional desse objecto. Mesmo um raio de luz seria puxado de volta pela gravidade e não teria como escapar.

A ideia de uma concentração de massa tão densa que até mesmo a luz ficasse aprisionada vai bem ao passado, até Laplace, no século 18. Quase imediatamente em seguida de Einstein ter desenvolvido a relatividade geral, Karl Schwarzschild descobriu uma solução matemática para as equações daquela teoria que descreviam um tal objecto. Foi somente muito mais tarde, com o trabalho de cientistas como Oppenheimer (o mesmo do Projecto Manhattan, da bomba atômica americana), Volkoff e Snyder, na década de 30, que se começou a pensar seriamente na possibilidade de que tais objectos pudessem realmente existir no Universo. Esses pesquisadores mostraram que, quando uma estrela suficientemente massiva consome todo seu combustível, ela perde a capacidade de sustentar o encolhimento devido à sua própria atracção gravitacional, e então desaba sobre si própria na forma de um buraco negro.

Na relatividade geral, a gravidade é uma manifestação da curvatura do espaço-tempo. Objectos massivos distorcem as dimensões de espaço e tempo de tal forma que as regras normais da geometria não se aplicam mais. Perto de um buraco negro essa distorção do espaço é extremamente intensa, provocando o aparecimento de certas propriedades muito estranhas. Em particular, um buraco negro tem algo que se chama "horizonte de eventos", que é uma superfície esférica que marca as fronteiras do buraco negro. Você pode passar através do horizonte de eventos no sentido de entrada, mas depois não pode sair mais. Na verdade, uma vez cruzado o horizonte de eventos, você está inexoravelmente fadado a se aproximar cada vez mais da "singularidade" localizada no centro do buraco negro.

Você pode pensar no horizonte de eventos como um lugar em que a velocidade de escape é igual à velocidade da luz. Fora do horizonte de eventos, a velocidade de escape é menor do que a da luz, de modo que se você accionar seus foguetes com força suficiente poderá obter a energia necessária para escapar do buraco negro. Mas se você se encontrar para dentro do horizonte de eventos, não importa quão potentes sejam seus foguetes, pois você não poderá escapar.

O horizonte tem algumas propriedades geométricas realmente estranhas. Para um observador que esteja imóvel a alguma distância do buraco negro, o horizonte parece ser uma superfície esférica tranquila e estática. Mas à medida que você se aproximar do horizonte, perceberá que ele está se movendo a uma velocidade espantosa. Na verdade, está se expandindo à velocidade da luz! Isto explica porque é tão fácil atravessar o horizonte na direcção para dentro, mas impossível retornar. Como o horizonte está se movendo à velocidade da luz, para poder escapar de volta através dele você teria que viajar a uma velocidade superior à da luz. Como você não poder viajar mais rápido do que a luz, você não pode escapar do buraco negro.

(Se toda esta história estiver soando muito estranha, não se preocupe. Ela é estranha. O horizonte é estático, num certo sentido, mas noutro sentido está se deslocando à velocidade da luz. É um pouco como aquela história de Alice no País das Maravilhas: ela tinha que correr tão rápido quanto possível, apenas para permanecer no mesmo lugar.)

Uma vez dentro do horizonte, o espaço-tempo é tão distorcido que as coordenadas que descrevem distância radial e tempo trocam suas posições. Ou seja, a coordenada que descreve a sua distância do centro, "r", passa a ser uma coordenada do tipo tempo, e a coordenada "t" passa a ser do tipo espacial. Uma consequência disto é que você não consegue mais evitar seu deslocamento no sentido de valores cada vez menores de r, da mesma forma como normalmente você não consegue evitar o deslocamento da coordenada de tempo na direcção do futuro (ou seja, no sentido de valores maiores de t). Eventualmente você vai atingir a singularidade, localizada em r=0. Você pode tentar evitá-la accionando seus foguetes, mas é inútil: não importa qual a direcção em que você tente fugir, não conseguirá evitar seu futuro. Tentar evitar o centro de um buraco negro depois de ter atravessado seu horizonte é como tentar evitar a próxima segunda-feira.

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06 de setembro, 2001 - Publicado às 12h41 GMT

Cientistas encontram indícios de buraco negro no centro da galáxia

Observações foram feitas pelo MIT

Um aumento repentino do brilho em uma novem de gás quente perto do centro da Via Láctea pode confirmar a teoria da existência de um gigantesco buraco negro no núcleo da galáxia.

A maioria dos astrônomos acreditavam na teoria, mas não tinham provas suficientes, apenas cálculos do caminho percorrido por estrelas próximas. Agora, eles detectaram explosões de energia de raio X que brilhavam em intervalos de 10 minutos.

Estes intervalos de 10 minutos permitem que os cientistas calculem o tamanho e a massa do que eles suspeitam ser o buraco negro.

Os astrônomos descobriram que a massa do buraco é dois milhões de vezes a massa do Sol, em uma região de 150 milhões de quilomêtros. Segundo eles, isso só pode ser um buraco negro.

Confirmação

A confirmação da existência do buraco negro vem do que está acontecendo nas bordas do buraco.

Na revista Nature, o cientista Frederick Baganoff, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, nos Estados Unidos, relatou observações feitas pelo telescópio de raio X no observatório de Chandra.

Segundo Baganoff e equipe, o telescópio detectou uma explosão de energia de raio X que vinha de onde a fronteira do buraco negro devia estar.

As explosões brilhavam em intervalos de 10 minutos, o tempo que leva para a luz viajar cerca de 150 milhões de quilômetros.

Isto significa que as explosões tiveram origem de um objeto que fica um pouco mais longe que a distância que separa o Sol da Terra.

Centro da galáxia

A partir disto, chega-se à conclusão que a massa do centro de nossa galáxia - cerca de 2,6 milhões de vezes a massa do Sol - está confinada em um espaço muito pequeno. E, de acordo com as leis da física, apenas um buraco negro pode ser tão denso.

Comentando a pesquisa, Fulvio Melia da Universidade do Arizona, nos Estados Unidos, disse que o grupo de Baganoff excluiu todas as outras possiblidades.

Melia disse que o telescópio Chandra pode ter visto apenas um objeto cintilante que está na direção do centro da nossa galáxia.

Ele acrescentou que outros estudos estão sendo feitos, por vários observatórios, para excluir esta possibilidade.

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Raios X revelam buraco negro da Via Láctea
SALVADOR NOGUEIRA
da Folha de S.Paulo

Ainda não foi desta vez que cientistas observaram o buraco negro gigantesco que eles acreditam que exista no centro da Via Láctea. Mas pelo menos eles viram onde o fenômeno não está, o que já tem implicações incríveis para determinar sua existência.

Mais uma vez entra em cena o Chandra, telescópio espacial de raios X da Nasa. O equipamento, utilizado por um grupo de cientistas dos EUA e do Japão liderado por Frederick Baganoff, do MIT (Instituto de Tecnologia de Massachusetts), foi capaz de detectar um forte pulso de raios X emitidos por quase três horas das proximidades do centro da galáxia.

Buracos negros podem ser definidos como grandes quantidades de matéria concentradas em um espaço bastante reduzido. No caso do objeto que os cientistas acham que existe em Sagittarius A* (ponto na constelação de Sagitário onde fica o centro da Via Láctea), estima-se que a massa equivalente a 2,6 milhões de estrelas como o Sol esteja compactada em um corpo com raio de 7,5 milhões de quilômetros. O raio do Sol é 11 vezes menor que isso.

Farol de raio X

Esses objetos supermaciços, que provavelmente existem no centro da maioria das galáxias, são conhecidos por emitir grande quantidade de raios X a partir de seus discos de acreção (material que está girando em torno do centro do buraco, prestes a ser engolido). Conforme a matéria começa a descer rumo ao buraco, ela emite grandes quantidades de energia, principalmente na forma de raios X.

Curiosamente, o buraco negro do centro da Via Láctea é mais "silencioso" que a maioria, provavelmente devido à pouca quantidade de matéria atualmente presente no disco de acreção.
É dessa região que provavelmente partiu o pulso de raios X que o Chandra captou. Embora esse seja o primeiro do tipo a ser detectado, não quer dizer que ele seja raro. Por outro lado, "isso não é dizer que satélites anteriores poderiam tê-lo detectado", disse à Folha Fulvio Melia, astrônomo da Universidade do Arizona em Tucson (EUA) escolhido pela revista "Nature" para comentar o estudo, que sai publicado na edição de amanhã.

"O Chandra é singular, pois tem a melhor resolução espacial de qualquer satélite [detector] de raios X e uma excelente sensibilidade. Nenhum outro satélite teria detectado esse pulso."

Chegando perto

O pulso de 10 mil segundos estudado por Baganoff e seus colegas partiu de um local afastado cerca de 150 milhões de quilômetros do centro da galáxia _o que é, de longe, a coisa mais próxima da região central já detectada.

Mesmo antes dessa descoberta, não faltavam evidências de que já havia uma enorme massa no centro galáctico, obtidas a partir da observação de estrelas perto daquela região. Ao observar as órbitas desses astros próximos, percebia-se que havia uma enorme força gravitacional sendo exercida sobre eles, acelerando-os e atraindo-os rumo a Sagittarius A*.

Entretanto, essas estrelas estavam ainda a alguns anos-luz (um ano-luz equivale a 9,5 trilhões de quilômetros) do centro. Por isso, o espaço em que a massa central poderia estar distribuída não descartava explicações alternativas, como altas concentrações de matéria escura ou algo similar.

"O que essa descoberta fez foi reduzir essa distância por um fator de 1.500", diz Melia. Por conta dessa redução no espaço em que a massa pode estar distribuída, não resta nenhuma explicação para o que está acontecendo por lá, exceto a presença de um buraco negro supermaciço. "Neste momento, se não for um buraco negro, só pode ser algo ainda mais interessante, para o qual a física moderna não tem uma teoria."

A resposta definitiva deve surgir em um ano, quando novos estudos permitirão a detecção de pulsos simultâneos de raio X e rádio, o que, segundo Melia, eliminaria qualquer dúvida com relação à existência de um buraco negro.

A confirmação e o subsequente estudo de objetos desse tipo é a coroação da teoria da relatividade geral, de Albert Einstein, que prevê certas condições que só acontecem nas circunstâncias absurdas de colapso gravitacional existentes em um buraco negro. "Finalmente, após quase um século, estamos na iminência de confirmar uma das mais influentes descrições da natureza já feitas."