MyNews Explica Buracos Negros

De Thaisa Storchi Bergmann

De onde viemos? Para onde vamos? Por que acabamos na Terra, orbitando o Sol, dentro da nossa galáxia, a Via Láctea? Porque as condições aqui foram adequadas para a formação do Sol e desenvolvimento da vida na Terra. E o que os Buracos Negros têm a ver com isto? Tudo! Hoje sabemos que a maioria das galáxias grandes, como a Via Láctea, ao se formar nos primórdios do Universo, forma também um buraco negro no seu centro. E este buraco negro influencia a formação e evolução das estrelas, como o nosso Sol. Possivelmente não estaríamos aqui se não fossem os buracos negros. Os buracos negros são também por si só fascinantes, pois capturam tudo o que chega muito perto deles, até mesmo a luz, e são capazes de distorcer o espaço e dilatar o tempo. É isto que o livro aborda, de uma maneira simples, coloquial e repleta de ilustrações. E, ao mesmo tempo em que a autora conta a "saga" dos buracos negros no Universo, conta a sua própria saga ao tentar entendê-los.

• Idioma: Português
• Editora: Edições 70
• Data de lançamento: 1 de jul. de 2023
• ISBN: 9786554271219

Pré-visualização do livro

Capítulo 1:

O que São os Buracos Negros?

Os buracos negros, embora aparentemente exóticos, são uma mera consequência da gravidade. Assim como a gravidade forma planetas, estrelas e galáxias, a gravidade produz buracos negros.

A gravidade segundo Newton

A gravidade é uma propriedade fundamental do nosso Universo. Só estamos aqui, presos à superfície da Terra, por causa da gravidade. Newton foi o primeiro a equacionar a gravidade como a força gravitacional: se há um corpo de massa m a uma distância R de um outro corpo de massa M, a força da gravidade F entre eles derivada por Newton é:

ou seja, quanto maior as massas M e m, maior a força gravitacional entre elas, e quanto maior a distância, menor é esta força. G é a constante gravitacional.

Vamos considerar o caso de a massa M ser a massa do nosso planeta Terra, o qual tem um raio R, e m é a massa de uma pessoa, como ilustrado na Figura 1.1. Neste caso, a força gravitacional da Terra sobre a pessoa é o seu peso. A aceleração gravitacional da Terra que atua em todos os corpos é GM/R². Quando multiplicamos esta aceleração pela massa m da pessoa, temos o seu peso.

Figura 1.1 – Ilustração da força gravitacional da Terra sobre as pessoas na sua superfície, que é igual ao peso da pessoa.

Fonte: https://eschooltoday.com/learn/gravity-as-a-force/

Se aumentarmos a massa M do planeta, aumentamos a aceleração gravitacional; se diminuirmos o raio R, aumentamos mais ainda essa aceleração, e o peso da pessoa vai aumentando. Se continuarmos aumentando M e diminuindo R, o que vai acontecer? Atingimos um limite para a combinação M e R: a aceleração gravitacional fica tão grande que a velocidade de escape é igual à da luz. Neste limite, temos a formação de um buraco negro, que tem uma gravidade tão forte que nem a luz consegue escapar. Daí vem o nome Buraco Negro: é escuro porque nem mesmo a luz consegue escapar de seu interior!

A gravidade segundo Einstein

Segundo a Teoria da Relatividade de Albert Einstein, a gravidade é mais do que uma força: é uma curvatura do espaço-tempo produzida pela massa e energia ali existentes. Por que espaço-tempo? Porque, na Teoria da Relatividade, o tempo é uma quarta dimensão, junto com as três dimensões espaciais. As equações de campo de Einstein, que explicam como a gravidade funciona, são escritas na forma de tensores:

onde G é o tensor de Einstein, g é o tensor de curvatura do espaço-tempo, T é o tensor de energia-momento, e os demais símbolos são constantes. O que importa aqui é o significado desta equação: a curvatura do espaço-tempo (lado esquerdo da equação) é devida à massa e à energia presentes (lado direito da equação). Em outras palavras: a matéria (equivalente à energia na Relatividade Geral) é que curva o espaço-tempo.

Então, na Teoria da Relatividade, a massa M de um objeto faz o espaço ao seu redor se curvar. Qualquer objeto de massa m que entre no campo gravitacional do objeto de massa M vai percorrer uma trajetória curva na direção do objeto de massa M. Mas não somente os objetos percorrem trajetórias curvas ao redor do buraco negro; como o espaço é curvo, a luz também percorre uma trajetória curva. A Figura 1.2 ilustra a curvatura do espaço ao redor do Sol devido ao seu campo gravitacional e a Figura 1.3 mostra como isso foi comprovado num evento histórico para a Relatividade Geral, que aconteceu aqui no Brasil: o eclipse do Sol observado em Sobral, no Ceará, em 29 de maio de 1919.

Figura 1.2 – Ilustração da curvatura do espaço ao redor do Sol.

Fonte: BBC Brasil e NASA – https://www.bbc.com/portuguese/brasil-48296017.

Figura 1.3 – Ilustração mostrando como a luz de uma estrela que estava atrás do Sol durante o eclipse de Sobral de 29 de maio de 1919 se curva ao passar pelo campo gravitacional do Sol, fazendo a imagem da estrela aparecer numa direção levemente diferente e permitindo sua observação mesmo estando atrás do Sol. A comparação da posição da estrela em relação às demais durante o eclipse com sua posição em outra época do ano permitiu medir o ângulo de deflexão que estava de acordo com o previsto pela Teoria da Relatividade. O ângulo de deflexão está exagerado na figura para facilitar a