Como um buraco negro pode atrair luz para si se um fóton não tem massa?

Os fótons não são puxados para dentro dos buracos negros, mas viajam por regiões do espaço-tempo tão curvas que o fóton cai no poço gravitacional do buraco negro. 

Objetos massivos distorcem o tecido do espaço-tempo (mostrado aqui como uma grade) através do qual os fótons viajam. Se a distorção for significativa o suficiente, como ao redor de um buraco negro, o caminho reto do fóton através do espaço-tempo curvo o levará para o buraco negro, do qual ele não pode escapar. Crédito: Astronomia: Roen Kelly, após NowScienceNews

Os fótons são de fato sem massa, mas eles ainda viajam pelo nosso universo. Você pode imaginar o tecido do cosmos como uma espécie de grade — uma que é quadridimensional e incorpora não apenas as três dimensões do espaço, mas também a quarta dimensão do tempo (daí, por que o chamamos de espaço-tempo).

Para esse propósito, porém, vamos jogar fora o tempo e imaginar o universo simplesmente como uma grade tridimensional em todas as direções. Objetos com massa distorcem essa grade da mesma forma que colocar uma bola de boliche em um colchão fará com que o colchão afunde.

Quanto mais massa um objeto tem, mais ele dobra a grade em torno de si mesmo em todas as três dimensões. Então, em vez de imaginar a gravidade como uma força de atração, imagine-a como uma distorção na grade, ou terreno, do universo. Assim, cada partícula que se move pelo universo — independentemente de a partícula em si ter massa — é afetada pelas distorções no espaço-tempo causadas por objetos massivos.

Ilustrações que representam os efeitos da massa no espaço-tempo dessa maneira são chamadas de diagramas de incorporação; tenha em mente que eles são um pouco limitados e não mostram exatamente o que está acontecendo no número certo de dimensões, mas ainda são uma boa maneira de entender o conceito de como a massa curva o espaço-tempo!

Usando essa analogia, você pode imaginar um buraco negro não como uma bola de boliche distorcendo o colchão ou a grade, mas como um funil. Perto da abertura do funil, há um ponto onde o espaço-tempo se curva tanto que, depois de passar por esse ponto, nada no universo tem energia ou velocidade suficiente para subir de volta para fora do funil e escapar — nem mesmo a luz. Esse limite é o horizonte de eventos do buraco negro.

Vamos voltar ao nosso fóton. Imagine-o se movendo pelo universo. Os fótons se movem em linha reta pelo espaço, mas se esse espaço em si for curvo, então o fóton seguirá essa curva enquanto viaja. No caso de um planeta, estrela ou galáxia, se um fóton passa perto da região do espaço-tempo que está distorcida, então a luz parecerá se curvar ao redor desse objeto — um fenômeno que causa lentes gravitacionais.

Mas e se o espaço-tempo que um fóton desliza muito perto for infinitamente curvado para baixo em um funil? Então seu caminho se curvará para dentro do funil — ou seja, o buraco negro. Então, os fótons não são puxados para dentro dos buracos negros, mas seus caminhos anteriormente retos simplesmente viajam por regiões do espaço-tempo que são tão curvas que o fóton cai no poço gravitacional do buraco negro. Uma vez passado o horizonte de eventos, ele é incapaz de escapar.

Fonte: astronomy.com