8 maneiras de sabermos que os buracos negros realmente existem

 Os buracos negros podem soar como ficção científica, mas há evidências significativas para provar que eles são reais.

De todos os conceitos extravagantes da astronomia, os buracos negros podem ser os mais estranhos. Uma região do espaço onde a matéria é tão compactada que nada, nem mesmo a própria luz, pode escapar, esses gigantes escuros apresentam uma perspectiva bastante assustadora também. Com todas as regras normais da física quebrando dentro deles, é tentador descartar os buracos negros como matéria de ficção científica. No entanto, há muitas evidências - diretas e indiretas - de que eles realmente existem no universo.

A "previsão robusta" de Einstein

Os buracos negros foram considerados uma consequência inevitável da teoria da relatividade geral de Albert Einstein. (Crédito da imagem: Bettmann / Colaborador)

Como possibilidade teórica, os buracos negros foram previstos em 1916 por Karl Schwarzschild, que os considerou uma consequência inevitável da teoria da relatividade geral de Einstein . Em outras palavras, se a teoria de Einstein está correta - e todas as evidências sugerem que está - então os buracos negros devem existir. Posteriormente, eles foram colocados em terreno ainda mais firme por Roger Penrose e Stephen Hawking, que mostraram que qualquer objeto em colapso em um buraco negro formará uma singularidade onde as leis tradicionais da física se quebram, de acordo com a Universidade de Cambridge . Isso se tornou tão amplamente aceito que Penrose recebeu uma parte do prêmio Nobel de física de 2020 "para a descoberta de que a formação de buracos negros é uma previsão robusta da teoria geral da relatividade." 

Explosões de raios gama

 Explosões de raios gama causadas pelo nascimento de buracos negros foram detectadas por equipamentos baseados na Terra. (Crédito da imagem: NASA / Swift / Cruz deWilde)

Na década de 1930, o astrofísico indiano Subramanian Chandrasekhar observou o que acontece com uma estrela quando ela gasta todo o seu combustível nuclear, de acordo com a NASA . O resultado final, ele descobriu, depende da massa da estrela. Se essa estrela for realmente grande, digamos 20 massas solares, então seu núcleo denso - que pode ter três ou mais vezes a massa do Sol - desmorona até formar um buraco negro, de acordo com a NASA. O colapso final do núcleo acontece de forma incrivelmente rápida, em questão de segundos, e libera uma quantidade enorme de energia na forma de uma explosão de raios gama. Essa explosão pode irradiar para o espaço tanta energia quanto uma estrela comum emite em toda a sua vida. E os telescópios na Terra detectaram muitas dessas explosões, algumas das quais vêm de galáxias a bilhões de anos-luz de distância; então podemos ver buracos negros nascendo. 

Ondas gravitacionais

Impressão artística das ondas gravitacionais. Os buracos negros orbitando uns aos outros criam ondulações no espaço-tempo, que se propagam para fora como ondas gravitacionais.(Crédito da imagem: R. Hurt / Caltech-JPL)

Os buracos negros nem sempre existem isoladamente - às vezes eles ocorrem aos pares, orbitando um ao redor do outro. Quando o fazem, a interação gravitacional entre eles cria ondulações no espaço-tempo , que se propagam para fora como ondas gravitacionais - outra previsão da teoria da relatividade de Einstein. Com observatórios como o Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory e o Virgo, agora temos a capacidade de detectar essas ondas, relatou o site irmão da Live Science Space.com.. 

A primeira descoberta, envolvendo a fusão de dois buracos negros, foi anunciada em 2016, e muitas mais foram feitas desde então. À medida que a sensibilidade do detector melhora, outros eventos geradores de ondas, além das fusões de buracos negros, estão sendo descobertos - como uma queda entre um buraco negro e uma estrela de nêutrons, que ocorreu muito além de nossa própria galáxia, a uma distância de 650 milhões a 1,5 bilhão de luz- anos da Terra, o Live Science relatou . 

Companheiro invisível

A impressão deste artista mostra as órbitas dos objetos no sistema triplo HR 6819. (Crédito da imagem: L. Calçada / ESO)

Os eventos de alta energia de curta duração que produzem explosões de raios gama e ondas gravitacionais podem ser visíveis na metade do universo observável, mas durante a maior parte de suas vidas os buracos negros, por sua própria natureza, serão quase indetectáveis. O fato de não emitirem luz ou outra radiação significa que podem estar à espreita em nossa vizinhança cósmica sem que os astrônomos percebam. No entanto, existe uma maneira infalível de detectar as bestas escuras, que é por meio de seus efeitos gravitacionais em outras estrelas. 

Ao observar o sistema binário de aparência comum, ou par de estrelas em órbita, conhecido como HR 6819 em 2020, os astrônomos notaram estranhezas no movimento das duas estrelas visíveis que poderiam ser explicadas apenas se houvesse um terceiro objeto, totalmente invisível, lá. Quando calcularam sua massa - pelo menos quatro vezes a do sol - os pesquisadores sabiam que havia apenas uma possibilidade restante. Tinha que ser um buraco negro - o mais próximo já descoberto da Terra, a meros mil anos-luz de distância dentro de nossa própria galáxia, comoReportagem da Live Science . 

visão raio-x

O buraco negro Cygnus X-1 está extraindo material de uma enorme estrela companheira azul.  (Crédito da imagem: NASA / CXC)

A primeira evidência observacional de um buraco negro surgiu em 1971 e também veio de um sistema estelar binário dentro de nossa própria galáxia. Chamado Cygnus X-1, o sistema produz alguns dos raios-X mais brilhantes do universo. Estes não emanam do próprio buraco negro, ou de sua estrela companheira visível - que é enorme, 33 vezes a massa do nosso próprio sol, de acordo com a NASA. Em vez disso, a matéria está sendo constantemente retirada da estrela gigante e arrastada para um disco de acreção ao redor do buraco negro, e é a partir desse disco de acreção, disse a NASA, que os raios X são emitidos. Como fizeram com HR 6819, os astrônomos podem usar o movimento observado das estrelas para estimar a massa do objeto invisível em Cygnus X-1. Os cálculos mais recentes colocam o objeto escuro em 21 massas solares concentradas em um espaço tão pequeno que não poderia ser nada além de um buraco negro, relatou a Live Science . 

Buracos negros supermassivos

 No centro de nossa galáxia está um buraco negro supermassivo na região conhecida como Sagitário A.  (Crédito da imagem: ESA – C. Carreau)

Além dos buracos negros criados por meio do colapso estelar, as evidências sugerem que os buracos negros supermassivos, cada um com milhões ou até bilhões de massas solares, estão à espreita nos centros das galáxias desde o início da história do universo, relatou a Live Science . No caso das chamadas galáxias ativas, a evidência para esses pesos pesados ​​é espetacular. De acordo com a NASA , os buracos negros centrais nessas galáxias são cercados por discos de acreção que produzem intensa radiação em todos os comprimentos de onda da luz. Também temos evidências de que nossa própria galáxia tem um buraco negro em seu centro. Isso porque vemos as estrelas daquela região girando muito rápido - até 8% da velocidade da luz- que eles devem estar orbitando algo extremamente pequeno e massivo. As estimativas atuais colocam o buraco negro central da Via Láctea em algo em torno de 4 milhões de massas solares. 

Espaguetificação

(Imagem: Reprodução/DESY Science Communication Lab)

Outra evidência da existência de buracos negros é ... espaguetificação. O que, você pode se perguntar, é espaguetificação? É o que acontece quando você cai em um buraco negro e é bastante autoexplicativo. Você é esticado em fios finos pela extrema atração gravitacional do buraco negro. Felizmente, não é provável que isso aconteça com você ou com alguém que você conheça, mas pode muito bem ser o destino de uma estrela que vagueia muito perto de um buraco negro supermassivo, relatou a Live Science . Em outubro de 2020, os astrônomos testemunharam essa destruição - ou pelo menos, eles viram o flash de luz de uma estrela infeliz quando ela foi destruída. Felizmente, a espaguetificação não aconteceu em nenhum lugar perto da Terra, mas em uma galáxia a 215 milhões de anos-luz de distância. 

E finalmente - uma imagem direta

A primeira imagem direta de um buraco negro. (Crédito da imagem: Event Horizon Telescope Collaboration) 

Até agora, tivemos muitas evidências indiretas convincentes de buracos negros: rajadas de radiação ou ondas gravitacionais, ou efeitos dinâmicos em outros corpos, que não poderiam ter sido produzidos por qualquer outro objeto conhecido pela ciência. Mas o argumento decisivo veio em abril de 2019, na forma de uma imagem direta do buraco negro supermassivono centro da galáxia ativa Messier 87. Esta foto impressionante foi tirada pelo Telescópio Event Horizon - um nome um pouco enganador, porque consiste em uma grande rede de telescópios espalhados por todo o mundo ao invés de um único instrumento. De acordo com a NASA, quanto mais telescópios puderem participar, e quanto mais espaçados eles estiverem, melhor será a qualidade da imagem final. O resultado mostra claramente a sombra escura do buraco negro de 6,5 bilhões de massa solar contra o brilho laranja de seu disco de acreção circundante, conforme relatado pela Live Science .

Fonte: livescience.com