O que é um buraco negro e as principais descobertas

Segundo a teoria da relatividade geral de Einstein, uma estrela morta supermassiva poderia encolher até um ponto tão denso que nem mesmo a luz escaparia: no centro, a gravidade, de tão gigantesca, curvaria o espaço infinitamente; a matéria seria infinitamente densa. Esse aparente absurdo é conhecido como singularidade. Isso é um buraco negro.

Se em 2019 a NASA divulgou a imagem real de um buraco negro, neste ano foi a vez de uma simulação do que seria a estrutura de uma singularidade, baseada nas imagens captadas pela sonda New Horizons.

Segundo o astrofísico Jeremy Schnmittman, autor da simulação, ela mostra como a matéria capturada se concentra ao redor do horizonte de eventos, formando um alo extremamente quente e fino, chamado de disco de acreção. A deformidade que o envolve é causada pela esmagadora força gravitacional, o que acaba inclusive curvando a própria luz.

Próximo ao buraco negro, o gás orbita quase à velocidade da luz, enquanto nas partes externas ele gira mais lentamente. Essa diferença é responsável por produzir faixas claras e escuras como as vistas na imagem.

 NASA/Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman/Divulgação 

O chamado anel de fótons é composto de vários anéis, que se tornam cada vez mais fracos e finos – o efeito é causado quando a luz circula o buraco negro diversas vezes antes de conseguir escapar e ser vista. Dentro dele está a sombra do buraco negro, uma área aproximadamente duas vezes maior que o horizonte de eventos – o ponto sem retorno, de onde nada escapa, nem mesmo a luz.

Como eles se formam?

Um buraco negro nasce do colapso de uma estrela supermassiva. Durante sua vida, esse sol gigante obtém energia através de fusão nuclear, transformando hidrogênio em hélio; quando o primeiro acaba, ela usa o hélio para produzir lítio, e assim por diante. O que mantém as estrelas estáveis é o equilíbrio entre a força gravitacional, que puxa tudo para o centro do sol, e a pressão que faz com que os gases se expandam; quanto maior a temperatura, maior a pressão.

O último dessa longa cadeia de transformações é o ferro, um elemento estável que consome energia para ser forjado. Sua formação é rápida (o núcleo pode se transformar em ferro em poucas horas) e leva ao resfriamento repentino do coração da estrela. A pressão cai bruscamente, o equilíbrio se desfaz, e a gravidade começa a puxar as camadas externas em direção ao centro da estrela.

O núcleo de ferro não suporta o peso das camadas superiores e termina tão comprimido que os prótons capturam os elétrons para formar nêutrons. Este novo coração incrivelmente compacto consegue suportar a pressão das camadas exteriores.

A estratégia dá sobrevida ao núcleo, mas não ao restante da estrela: as camadas de gás, atraídas para o centro, se chocam com o coração da supergigante vermelha, produzindo uma onda de choque que as ejeta para o espaço: a estrela explode em uma supernova.

O núcleo terá dois destinos, selados por sua massa. Se ele conseguir conter a gravidade que puxa tudo para o centro, ele se estabilizará como uma estrela de nêutrons. Se ele tiver uma massa maior do que 2,2 vezes a do nosso Sol, a estrela de nêutrons vai continuar a colapsar e formará um buraco negro.

Um buraco negro pode morrer?

Sim, pode. Radiação Hawking é a radiação térmica que se acredita ser emitida por buracos negros. Ela leva o nome do cientista inglês Stephen Hawking, que elaborou os argumentos teóricos de sua existência. Como a radiação Hawking permite aos buracos negros perder massa, supõe-se que aqueles que perdem mais matéria do que ganham devorando o que passa pela frente venham a evaporar, encolher e, finalmente, desaparecer.

Só existe um tipo de buraco negro?

Até hoje, os astrônomos só conseguiram encontrar dois tipos de buracos negros: aqueles que se originam do colapso de estrelas, com cinco vezes a massa do Sol, e os gigantes supermassivos, rugindo no centro das galáxias (a Via Láctea tem um, chamado Sagitário A*) produto de bilhões de anos engolindo massa estelar e unindo-se a outros buracos negros – mas nenhum com um tamanho intermediário.

Uma pesquisa publicada recentemente sugere que estamos usando a régua errada: já teríamos encontrado os buracos negros P e M - precisaríamos agora achar os de tamanho G, ou buracos negros estupendamente grandes (stupendously large black holes, ou SLABs). Seu tamanho: 100 quintilhões (100.000.000.000.000.000.000) de massas solares. Como achá-los – essa é a questão.

Buracos negros e de minhoca são diferentes?

Ambos são incrivelmente densos e exercem atração gravitacional de acordo. A diferença é que, em teoria, nada escapa de um buraco negro (a velocidade para se fugir o horizonte de eventos teria que ser maior que a velocidade da luz), enquanto um buraco de minhoca seria como um atalho dentro do espaço-tempo entre dois pontos do cosmos ou mesmo entre universos. E se você está se perguntando quem engole quem: buracos negros caem em buracos de minhoca.

E se formos nós a cair em um buraco negro?

Se seguirmos filmes e livros, você seria esmagado e esticado como um espaguete. Mas, segundo a física, não seria bem isso a acontecer. No instante em que você entrasse no buraco negro, a realidade se dividiria em duas. Em uma, você seria instantaneamente incinerado e, na outra, flutuaria em direção ao buraco negro totalmente ileso.

À medida que você é sugado para dentro do buraco negro, percebe que o espaço se torna cada vez mais curvo até o infinito – nesse ponto, você alcançou a singularidade, onde espaço e tempo deixam de ter sentido e as leis da física como as conhecemos não se aplicam mais.

Se você estivesse na companhia de alguém, a outra pessoa veria, horrorizada, você se esticando e se contorcendo e, quanto mais próximo do horizonte de eventos, mais lentamente você flutua. Então ela veria você ficar estático antes de ser reduzido a cinzas, para então sumir nas entranhas do buraco negro.

Mas você não sente nada disso, enquanto flutua em direção ao maior vilão do Universo, deslizando em queda livre. O horizonte de eventos só existe para quem está do lado de fora; para você, não há nada. Se o buraco negro for grande o suficiente, você poderia viver o resto de sua vida normalmente antes de morrer na singularidade.

Isso se deve ao paradoxo que os físicos não conseguem desvendar: para a pessoa do lado de fora, você virou cinzas. Para você, do lado de dentro, está tudo bem. Isso porque a física quântica dita que informações nunca podem ser perdidas, ou seja, cada pedaço de informação que explica a sua existência tem que ficar fora do horizonte de eventos para que as leis da física não sejam quebradas.

Essas mesmas leis exigem que você flutue pelo horizonte de eventos sem ser incinerado. Do contrário, você estaria violando a teoria da relatividade geral. E mais: há uma terceira lei da física que diz que as informações não podem ser copiadas, ou seja, você tem que estar em dois lugares ao mesmo tempo. Esse é o paradoxo da informação do buraco negro.

O que ainda não sabemos sobre buracos negros?

Entre tantas coisas, a principal é como resolver o problema acima. Apenas três aspectos definem um buraco negro: sua massa total, sua carga elétrica e seu momento angular (ou spin, uma grandeza física associada à sua rotação).

Não importa o que ele tenha engolido (estrelas, planetas, gás, plasma alienígenas, galáxias inteiras): o buraco negro vai reduzir essa imensidão de informações a somente três: massa, carga e spin.

Veja também: Buracos negros na verdade são projeções holográficas, propõe estudo

O destino dos buracos negros, segundo Stephen Hawking,  é emitir radiação térmica – evaporar, encolher e desaparecer, deixando um vazio no espaço e levando com ele a informação de tudo o que ele engoliu, em bilhões de anos. Uma pista para desvendar esse mistério pode estar nos cabelos de um buraco negro, mas isso já é outra história.