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O que são buracos negros e por que eles são um mistério para a ciência?

Ilustração mostra um buraco negro cercado de poeira cósmica e "nuvens" - Nima Abkenar/Nasa
Ilustração mostra um buraco negro cercado de poeira cósmica e "nuvens" Imagem: Nima Abkenar/Nasa

Rodrigo Lara

Colaboração para Tilt

08/11/2020 04h00

Sem tempo, irmão

  • Misteriosos e massivos, eles levam ao extremo as leis da física
  • Os buracos negros supermassivos têm sua formação ligada às origens das galáxias
  • Eles surgem quando o núcleo de uma estrela passa a ter de duas a três vezes a massa solar
  • Esses buracos negros têm o triplo da massa solar, mas são drasticamente menores
  • Se eles tivessem 5 ml de volume teriam uma massa de 5,5 bilhões de toneladas

Um dos corpos celestes que mais despertam o fascínio da comunidade científica são os buracos negros. Volta e meia aparece alguma notícia falando que um é um poderoso devorador de estrelas com 34 bilhões de vezes a massa do Sol, que tem outro "perto" da Terra, que eles até "dançam" entre si.

O fato é que ainda pairam muitas dúvidas sobre como eles são formados, suas dinâmicas internas e até sua aparência. A primeira imagem já feita de um deles foi capturada e divulgada no ano passado. Eles sempre surpreendem os astrônomos ao levar ao extremo complexas leis da física.

Mas o que são esses misteriosos corpos celestes? Em linhas gerais, os buracos negros são corpos que possuem um campo gravitacional tão intenso que atrai tudo o que está próximo dele. Muitas vezes, nem a luz consegue escapar.

Soa até poético, mas eles se formam geralmente em decorrência da morte de uma estrela, e as vezes se "alimenta" delas, ficando cada vez mais massudo. Muitos deles são sim milhões, bilhões de vezes a massa do Sol.

É interessante notar que quando falamos que eles têm massa muito superior à solar não queremos dizer que eles são corpos gigantescos. Ao contrário, geralmente os buracos negros são drasticamente menores em tamanho. Estima-se que existam buracos negros com raio de 30 km (mais ou menos a distância entre o centro de São Paulo e Poá, na grande São Paulo).

Uma comparação comum é considerar que o volume de uma colher de chá de uma estrela de nêutrons — que é núcleo colapsado de uma grande estrela, berço do buraco negro—, algo em torno de 5 ml, teria massa de 5,5 bilhões de toneladas.

Como surge um buraco negro?

Para entender como os buracos negros se formam é preciso saber que as estrelas possuem ciclos evolutivos. Em linhas gerais, elas vão de nebulosa a supernova de acordo com as reações que forem acontecendo no seu núcleo. Os buracos negros são o estágio final deste ciclo evolutivo de estrelas massivas.

Dentro das estrelas acontecem fusões nucleares que causam explosões, mas em vez de se expandir a força da gravidade puxa toda essa energia para dentro do centro dela. Esse processo não é infinito, essas fusões acabam e então o que fica é gravidade. Nesse ponto — que é o estágio de anã branca —, a estrela estão tão contraída que seus núcleos atômicos, que compõem o núcleo estelar, não conseguem suportar a imensa pressão gravitacional e fazem com que todo o núcleo entre em colapso.

Com isso, a estrela passa a ser uma supernova para, depois, o seu núcleo se transformar na estrela de nêutrons que mencionamos lá em cima. Daí é um passo para que ela se torne um buraco negro.

Mas nem toda estrela que se torna um buraco negro quando "morre". Os buracos negros dependem de uma série de condições para existirem. Eles têm que ter massa acima do limite de Tolman-Oppenheimer-Volkov, ou seja, entre duas ou três vezes a massa do sol.

Mas equação para determinar isso acaba esbarrando na complexidade existente para se determinar o comportamento de matéria em estado tão denso.

Capaz de distorcer até o espaço e o tempo

Uma vez formado, um buraco negro exerce uma influência gravitacional gigantesca sobre os seus arredores, capaz de distorcer tanto espaço quanto tempo.

Ao seu redor há o chamado horizonte de eventos, que pode ser definido como uma espécie de fronteira. O que acontece com o que transpassa essa fronteira é uma incógnita para os cientistas, porque não há como calcular. A partir dele, nem mesmo a luz escapa da força gravitacional e qualquer tentativa de aplicar leis da física acaba não tendo resultados plausíveis.

O que se sabe, no entanto, é que tudo o que o buraco negro atrai faz com que ele aumente de tamanho. Mas há a chamada "radiação Hawking", que é um processo teorizado pelo físico Stephen Hawking no qual a emissão de radiação por buracos negros faz com que eles percam matéria.

Mas esse é um processo extremamente lento: considerando um buraco negro teórico que tivesse a mesma massa solar, ele levaria 10 elevado à 67ª potência anos para evaporar — tempo extremamente maior do que os estimados 13 bilhões de anos transcorridos desde o Big Bang até os dias de hoje.

Fonte: Roberto D. Dias da Costa, professor do Departamento de Astronomia do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo