Os buracos negros têm fundos?

Os buracos negros são cercados por um horizonte de eventos esférico, e sua nave espacial pode realmente voar embaixo, sobre ou ao redor dele.

A teoria da relatividade geral de Einstein descreve como a massa deforma o espaço-tempo, desenhada aqui como uma grade. Embora a ilustração pareça mostrar um buraco negro como um funil sem fundo, isso é enganoso – é simplesmente uma limitação da maneira como descrevemos o universo em uma página impressa. Crédito: Astronomia: Roen Kelly

Existe um fundo de um buraco negro? Uma nave espacial pode viajar sob uma, ou ela continua e continua?

Suspeito que sua pergunta surge ao ver diagramas como o do canto superior direito, que tenta mostrar como a relatividade geral resulta na curvatura do espaço-tempo em torno de objetos massivos. No canto superior esquerdo, é fácil ver como qualquer objeto massivo (ou seja, uma estrela) distorce o tecido do espaço-tempo (representado pela grade), mas claramente tem um "fundo" e não rompe a grade. 

No canto inferior direito, o buraco negro parece um funil sem fundo, já que matematicamente, buracos negros são pontos com massa, mas sem volume; Isso significa que eles têm densidade infinita e, portanto, o espaço-tempo tem curvatura infinita.

Mas há um problema fundamental com esse quadro. A melhor explicação que encontrei vem de um dos meus livros didáticos favoritos, Exploring Black Holes: Introduction to General Relativity de Edwin F. Taylor e John Archibald Wheeler (Addison Wesley Longman, Inc., 2000). 

Nele, os autores explicam que tais figuras, chamadas de diagramas de incorporação, pretendem representar a geometria complexa do espaço curvo dentro da limitada perspectiva euclidiana tridimensional impressa na página. "Mas a geometria euclidiana plana não é geometria espacial curva", escrevem. "Portanto, esperamos que os diagramas de incorporação deturpem o espaço curvo de algumas maneiras. Eles mentem!"

Como mentem? Com relação à sua pergunta, o aspecto vertical dos diagramas não é uma dimensão real do espaço-tempo. O conceito de profundidade foi adicionado artificialmente ao diagrama para ajudar o leitor a visualizar como a gravidade afeta o espaço-tempo.

O espaço-tempo não é uma grade plana e bidimensional; só precisamos desenhá-lo dessa forma na página. Portanto, um buraco negro não é realmente um objeto em forma de funil sentado no espaço e sugando matéria em apenas uma direção.

Além de ser uma representação artificial, o diagrama de incorporação também tenta mostrar o que está acontecendo dentro do horizonte de eventos do buraco negro, o ponto de não retorno. Buracos negros reais são cercados por um horizonte de eventos esférico, dentro do qual a gravidade se torna a força dominante e coisas estranhas acontecem, fazendo com que nossas leis da física se quebrem.

Mas fora do horizonte de eventos, o universo age muito normalmente. Assim, você pode imaginar um buraco negro de longe como uma esfera (por exemplo, como visto no filme Interestelar). E sua nave espacial pode realmente voar embaixo, sobre ou ao redor de um buraco negro da maneira que escolher - desde que não chegue muito perto!

Fonte: Astronomy.com