Do começo ao fim do universo : como os buracos negros morrem
Muito depois de as últimas estrelas desaparecerem, os buracos negros anunciarão o fim do universo com um show espetacular de fogos de artifício.
Os buracos negros são regiões
do espaço-tempo onde a gravidade governa: a atração gravitacional de um buraco
negro é tão forte que nada, nem mesmo a luz, pode escapar. Eles variam em
tamanho de buracos negros de massa estelar, cujas massas podem ir de cinco a
100 vezes a do Sol, até buracos negros supermassivos, que podem atingir bem
mais de um bilhão de massas solares. Os astrônomos agora acreditam que os
buracos negros supermassivos se escondem no coração da maioria das galáxias.
(Uma exceção notável a esta regra é o M33, que, apesar de ser o terceiro maior
membro do nosso Grupo Local, parece não ter um buraco negro supermassivo
central.)
Agora mesmo, o universo está
em sua Era Estelífera, quando estrelas e galáxias nascem continuamente.
Eventualmente, os ingredientes para fazer esses objetos serão usados, e as
estrelas no céu noturno irão piscar lentamente, deixando os buracos negros como
os únicos ocupantes do universo.
Mas mesmo os buracos negros morrerão um dia. E quando o fizerem, esses monstros não irão suavemente noite adentro. Uma explosão de fogos de artifício iluminará o universo nos momentos finais de cada buraco negro, anunciando o fim da era.
Enganando
a morte
Os buracos negros sobrevivem
devorando o gás e as estrelas ao seu redor, e é sua gula que os denuncia.
Freqüentemente, estão rodeados por discos de acreção de material que eles
rasgaram e sugaram para perto, como água correndo por um ralo. Conforme o
material se aproxima, ele começa a viajar cada vez mais rápido, acumulando-se
ao redor do buraco negro. O atrito entre a poeira gera calor, fazendo com que o
disco de acreção brilhe, o que delineia a sombra do buraco negro - ou seu
horizonte de eventos. “Ele quer se esconder, mas às vezes faz um péssimo
trabalho”, diz Sheperd Doeleman, pesquisador de buracos negros da Universidade
de Harvard e diretor do Event Horizon Telescope, que tirou a primeira foto de
um buraco negro em 2019.
Além de dar um buraco negro
de distância, o horizonte de eventos também é a chave para a morte de um buraco
negro.
O material que atravessa o horizonte de um buraco negro se perde para sempre, pois nada pode escapar das garras desses monstros glutões. Pelo menos, é o que dita nosso entendimento atual da gravidade. Mas esse chamado ponto sem volta não leva em conta a mecânica quântica. (Os físicos ainda estão trabalhando para desenvolver uma teoria unificada da gravidade quântica.) Em 1974, Stephen Hawking provou que, de uma perspectiva quântica, escapar de um buraco negro é possível, embora seja muito lento.
Embora o espaço vazio possa parecer desprovido de energia, não é - de acordo com a mecânica quântica, a energia do vácuo flutua ligeiramente ao longo do tempo. Essas flutuações se manifestam como pares de partículas - uma partícula e uma antipartícula - que entram e saem da existência em todo o universo. Como a energia não pode ser criada do nada, uma das partículas terá energia positiva e a outra negativa. Esses pares de partículas geralmente se aniquilam imediatamente. Mas se as partículas aparecem na fronteira do horizonte de eventos de um buraco negro, é possível que a partícula com energia negativa caia no buraco negro, enquanto a partícula com energia positiva escapa. Em seguida, parece que o buraco negro irradiou uma partícula para longe. Einstein mostrou que energia e massa são proporcionais com sua equação E = mc2. Portanto,
Mas não espere que um buraco negro desapareça tão cedo. Leva um tempo chocantemente longo para que um buraco negro derrame toda a sua massa como energia por meio da radiação Hawking. Levaria 10.100 anos, ou um googol, para um buraco negro supermassivo desaparecer completamente. “Toda a idade do universo [é] uma fração [do tempo] que levaria”, diz Priyamvada Natarajan, pesquisador da Universidade de Yale que investiga a natureza dos buracos negros. “No que nos diz respeito, é a eternidade.”
Estertores
de morte
Exatamente quanto tempo um buraco negro individual vive depende fortemente de sua massa. Quanto maior se torna um buraco negro, mais tempo leva para evaporar. “Nesse sentido, [um buraco negro] pode enganar a morte crescendo”, diz Doeleman.
Ele compara o processo a uma ampulheta, em que a areia no topo é a quantidade de tempo que resta para um buraco negro. Ao devorar mais estrelas e gás, um buraco negro continua a adicionar areia à ampulheta de sua vida, mesmo quando partículas individuais gotejam. “Enquanto houver material para comer, o buraco negro pode continuar acertando seu relógio”, diz Doeleman. Eventualmente, conforme o universo envelhece, o material ao redor de um buraco negro se esgota e seu relógio do fim do mundo começa a funcionar.
À medida que um buraco negro evapora, ele encolhe lentamente e, à medida que perde massa, a taxa de partículas que escapam também aumenta até que toda a energia restante escape de uma vez. No último décimo de segundo da vida de um buraco negro, “você terá um enorme flash de luz e energia”, diz Natarajan. “É quase como um milhão de bombas de fusão nuclear explodindo em uma região muito pequena do espaço.”
Pelos padrões da Terra, isso é muito, significativamente mais do que o arsenal nuclear total de todas as nações. Em termos astronômicos, nem tanto. A supernova mais poderosa já registrada (ASSASN-15lh) foi 22 trilhões de vezes mais explosiva do que um buraco negro será em seus momentos finais.
Não importa quão pequeno ou massivo seja um buraco negro, seus fogos de artifício finais são exatamente os mesmos. A única diferença é quanto tempo levará para um buraco negro explodir. Mas assim que um buraco negro engole sua última refeição, tudo o que resta é os grãos de areia caírem implacavelmente até não sobrar mais nada.
Fonte: Astronomy.com
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