Buracos Negros

Começo pela pergunta evidentemente necessária: os buracos negros existem mesmo?

Apesar de ainda nem tudo ser claro sobre eles, os buracos negros existem.

Definição sumária:

Buraco negro é o nome que se deu a um “objecto” astronómico de elevada força gravítica, tão elevada que a velocidade de escape (velocidade necessária para escapar ao seu campo gravitacional) é superior à velocidade da luz (para terem uma ideia, a velocidade de escape do campo gravítico terrestre é de cerca de 11 km/s, enquanto que a velocidade da luz é 300 000 km/s, a partir desta relação, e se procurarem a relação para a velocidade de escape, facilmente podem calcular a massa mínima que um buraco negro tem que ter – o cálculo estará errado, pois é necessário aplicar a Relatividade Geral, no entanto, a estimativa será aceitável). Isto implica que nem mesmo a luz lhe pode escapar, o que o torna “negro”, estando o termo “buraco” associado ao facto de que tudo pode “cair” dentro dele (e não mais sair). A formação de um buraco negro acontece por colapso de estrelas maciças.

Como é que chegaram à conclusão que existia mesmo?

No principio da década de 70, captou-se um sistema supostamente binário de duas estrelas de massas muito elevadas na constelação do Cisne. Porquê supostamente? Tinha toda a “aparência” de ser um sistema binário (duas estrelas a orbitarem em torno uma da outra), no entanto, uma das estrelas não era visível, mas tendo em conta o campo gravitacional que tinha que apresentar para ser o binário da outra estrela, teria que ser um objecto extremamente maciço. Ora objectos maciços só eram conhecidos dois: as estrelas (que não poderia ser, por serem visíveis) e os buracos negros da teoria.

E não poderia ser outra “coisa” qualquer sem ser um buraco negro?

A “coisa qualquer” é o buraco negro. Todas as propriedades correspondiam a um buraco negro e não havia outra alternativa viável.

Tendo o buraco negro um tal campo gravitacional, é de esperar que ele vá cada vez consumindo mais e mais, até se agrupar com outros, acabando por “engolir” tudo no universo?

Não. Stephen Hawking descobriu que os buracos negros não são assim tão negros, isto é, emitem radiação (radiação de Hawking). O fenómeno tem por base a mecânica quântica, a qual prevê que no vácuo sejam criadas partículas e anti-partículas, as quais se aniquilam de seguida. Ora se tal acontecer junto de um buraco negro (junto do seu horizonte de acontecimentos), a força gravitacional que este produz fará com que as partículas se afastem uma da outra: uma é sugada, a outra é “emitida”, este fenómeno leva a que o buraco negro perca massa. Quanto menor é o buraco negro, maior é a taxa de emissão, pelo que este fenómeno é capaz de “destruir” buracos negros. Caso assim não fosse, não estaria provado que o universo teria que acabar num Big Crunch (o contrário do Big Bang, ou seja, a implosão do universo), devido à acção dos buracos negros, pois é necessário ainda ter em conta que o universo se está a expandir, pelo que mesmo que os buracos negros não se extinguissem, poderiam não ter tempo suficiente para “puxarem o universo”, pois este estaria sempre “um passo” à frente…

Que tem de especial então um buraco negro?

Acontece que se previu teoricamente que dentro de um buraco negro (dentro do horizonte de acontecimentos – local a partir do qual já não mais se poderá fugir à acção gravítica do buraco), as Leis da Física que se conhecem encontram os seus limites (o que está relacionado com o facto de matematicamente um buraco negro ser uma “singularidade”). Prevêem-se características como: quando se “cai” no buraco negro nunca se chega a atingir o centro, pois é como se ele não existisse, embora estejamos cada vez mais próximos deste. Outra característica muito peculiar é que dentro do horizonte de acontecimentos há uma alteração completa nas características fundamentais do “tecido” do espaço-tempo: enquanto que fora dele um ser pode escolher a sua posição, mas não o seu tempo – este passa independentemente do que se faça (“esquecendo” a relatividade que dá um certo poder sobre essa questão), no buraco negro passa-se o contrário: a posição vai sempre convergindo para um centro que nunca se alcança, no entanto, ganha-se o poder de controlar o tempo. Poderei se quiser parar o tempo, fazê-lo evoluir para a frente, para trás, o que se desejar, não tendo, porém, qualquer benefício, pois o destino está traçado: ficar-se-á para todo o sempre a cair no buraco negro (pelo menos até que ele se “evapore” através da radiação de Hawking). (Notar que o tempo não está associado a localizações, portanto se escolhermos ir para um passado em que não estávamos no buraco, não deixamos de lá estar, simplesmente alterámos a nossa idade. Haverá perda de memória? É discutível, de qualquer forma, toda esta discussão parte da premissa de que se poderia estar vivo dentro do buraco negro, o que é impossível, pois qualquer ser seria à partida “desfeito” pela gravidade.)

Que significam  “aqueles funis” que representam buracos negros?

A imagem do “funil”:

Segundo Einstein e a sua Teoria Geral da Relatividade, existe uma certa geometria que caracteriza o espaço-tempo do universo. Uma das grandes previsões desta teoria é que a gravidade e a forma da geometria estão intimamente relacionadas. A deformação que uma estrela pode provocar nesta geometria pode ser visualizada de um modo prático do seguinte modo: imaginem um lençol (estrutura do espaço-tempo), em seguida coloquem uma esfera de chumbo sobre o lençol (representa a estrela), a deformação do lençol representa a nova geometria do espaço-tempo devido à presença da estrela (ver artigo sobre a Relatividade Geral).

Se em vez de uma estrela considerássemos um buraco negro, na analogia a tal “esfera” conseguiria romper o lençol – daqui vem a imagem do “funil”.

Buracos Brancos existem? O que são?

Estes sim, não se sabe se existem mesmo. Como sugere o nome, é algo oposto aos buracos negros (expele matéria) e foram inventados porque a teoria os permite e por uma questão de simetria (a simetria é uma das “ferramentas” mais poderosas que os físicos dispõem para deslindar os segredos do universo, pois para além dos físicos, o universo também parece “gostar” bastante de simetria!). Em algumas teorias os buracos brancos surgem de outras ideias mais “excêntricas”: partindo do pressuposto que o universo poderá vir a colapsar sobre si, então será de esperar que a expansão um dia acabe e que comece a contracção. O que será de esperar nesta altura? Primeiro, a Lei da Entropia poderá ser invertida: em vez de aumentar, poderá passar a diminuir (a entropia mede a desordem, ou seja, e quase que explicitando a fórmula Física: varia proporcionalmente com o logaritmo do número de microestados existentes no sistema considerado). Segundo, poder-se-á ter o tempo a evoluir ao “contrário” (talvez o estranho caso do Benjamim Button passe a ser um ser humano que nasce bebé e morre velho…). Terceiro, os buracos negros poderão ser “trocados” por buracos brancos! (As teorias não se ficam por aqui…) Relembro que tudo isto são teorias, muitas delas incompletas e que não merecem muita especulação. Resumindo, o buraco branco é o “contrário” do buraco negro e pode existir, embora não haja evidências que apontem nesse sentido.

Wormhole – Buraco de Minhoca – Buraco de Verme existe? O que é?

E ainda conhecido por Ponte de Einstein-Rosen, é também um “objecto” astronómico que poderá existir, embora ninguém ainda tenha “visto” um.

Podem ser representados segundo esquemas semelhantes a este:

Como podem ver, será algo que unirá diferentes sítios da estrutura do espaço-tempo. (Daqui surgem teorias sobre viajar no tempo e/ou espaço. Segundo outras teorias, estes “túneis” poderiam ligar universos paralelos, embora, mais uma vez, sejam apenas possibilidades teóricas, longe de estarem integradas numa teoria completa e ainda mais longe de serem provadas experimentalmente.)

Como vêem na imagem, no meio do “túnel” tem lá “energia negativa” – este é um dos problemas, pois nunca se observou energia negativa (nem sequer se compreende bem o conceito). Poderão perguntar porquê que metem na teoria uma “energia” que não se sabe que exista? Simplesmente porque a consequência é atractiva e, claro, porque sem energia negativa, a chamada garganta do buraco fecharia sempre que recebesse qualquer matéria, o que tornaria o túnel inútil em termos teóricos, pois só existiria caso não fosse usado.

27 comentários

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  1. Existe algum artigo no astro.pt que desenvolva as teorias do Abhas Mitra e da Laura Mersini-Houghton ?

    Entendo que a maioria da comunidade defende a existência dos buracos negros, mas fará sentido termos no astro.pt artigos sobre outras possibilidades ?

    Esta questão pode ser pertinente até porque alguns artigos parecem ter validade cientifica.

    1. Nós temos colocado ideias alternativas sempre que elas saem em artigos científicos com peer-review.

      Uma das áreas que mais colocamos ideias alternativas é precisamente a cosmologia.

      Em relação à Laura Mersini-Houghton, sou bastante crítico da ideia do Multiverso. Já expliquei o porquê em vários artigos aqui no blog.

      Quanto a Abhas Mitra, não há evidências suficientes para as críticas dele em relação à Teoria do Big Bang. Quanto à parte dos Buracos Negros, está em sintonia com Hawking.

      abraços

    • José Roberto R. Leal on 11/06/2014 at 22:08
    • Responder

    Concordo que o history não é a fonte mais confiável que se tem, mas gostaria que vocês comentassem essa reportagem. Obrigado.
    http://noticias.seuhistory.com/cientistas-afirmam-que-nossa-galaxia-abriga-um-tunel-do-tempo-e-nao-um-buraco-negro-como-se-supunha

    1. Olá José Leal,

      Eu encontrei no Phys.org que é mais fiável:
      http://phys.org/news/2014-05-pair-black-holes-center-galaxies.html

      O artigo foi submetido para o arXiv, que é um arquivo digital onde se colocam artigos científicos, não necessariamente publicados em revistas científicas. Neste caso, o artigo ainda não saiu em nenhuma revista científica e por isso ainda não foi revisto por outros especialistas. Eu não sou especialista, pelo que não tenho muito a dizer… A ideia parece interessante, e se puder ser realmente verificada com o novo instrumento, ainda mais interessante será. De qualquer forma, é só uma hipótese (cuja validade ainda não foi questionada por especialistas). Temos que esperar para ver.

      Cumprimentos,
      Marinho

    • Ricardo Carriço on 08/03/2014 at 00:00
    • Responder

    Na minha ideia o buraco negro é comparável e semelhante a um Tornado mas com massas bem diferentes, porque se pensarmos na teoria de Edwin Hubble, expando do universo e o buraco negro, supostamente suga tudo em seu redor… há uma contradição! …não só físico nem formato, fascina-me o espaço.
    È básico ver esta contradição, não sei se já foi discutida….mas nunca em algum documentário ouvi falarem desta contradição nem encontro nada na internet.

    1. Não há contradição, porque a expansão não é em espaços curtos 😉

      Nós, pessoas, não estamos a aumentar devido à expansão do Universo. Os planetas também não. Nem sequer as galáxias. Nem mesmo o espaço entre galáxias.
      A expansão do Universo só se consegue “ver” no espaço entre grupos de galáxias 😉

      O buraco negro é a parte central, muito pequena, de uma galáxia. A expansão do Universo não o afeta 😉

      abraços!

  2. Mesmo com atraso na participação, acho pouco convincente o plano a exemplificar o espaço 3D-tempo D como se liga em pontos diferentes num túnel “cilíndrico” provocado pelo BN. Então na realidade temos um espaço tempo 3D+tD e um túnel 4D+tD. Existiria uma “esfera” no espaço-tempo 3D que seria a fronteira para a passagem a 4D e em que posição geométrica do dito BN isso aconteceria; em que zona o espaço-tempo colapsava a sua estrutura 3D e deixa à mostra o nível acima, o híper-volume?
    O BN continua a fazer das suas, a matéria que lá existe é 3D ou já está enfiada num hiper-volume? Conseguimos ter um plano no nosso mundo, em que o sentimos de frente e é imperfectível na lateral?
    A esfera de fronteira será o horizonte de eventos? Ou simplesmente o BN é uma massivo calhau a fazer sabe-se lá mais o quê para além do que se observa?
    Todo este tema é surrealista…

    1. Onde se lê “imperfectível” deverá ler-se “imperceptível”; ou seja “Algo que não se consegue notar, mas eu não dilatava o sinónimo a ( não perceber) como no dicionário, por motivos de ordem filosófica.”

    2. O túnel embora se “dobre” sobre uma (ou mais) dimensão, isso não implica que quem o atravessasse notasse a existência dessa dimensão suplementar de modo “directo”, seria apenas evidente a sua existência por ser necessária implicitamente, para que a ligação pudesse existir. Não haveria, portanto, o “colapso” que refere (que seria realmente muito “estranho”).

  3. Teoricamente a radiação de Hawking pode evaporar um BN, então, resta ler sobre a Radiação de Hawking tb.

  4. Boa Tarde,
    Há algo que confunde um pouco, e que também não está completamente explicado no artigo. A questão da velocidade de escape ser maior que a velocidade da luz, só será aplicada a objectos ou partículas com massa, visto a força da gravidade interagir directamente com eles e não com “partículas” de energia ou ondas electromagnéticas. O que acontece com a luz será um fenómeno diferente, visto esta ser energia não é afectada directamente pela gravidade do buraco negro , não conseguindo sair deste devido à distorção que o buraco negro provoca no tecido do espaço tempo, não permitindo que a luz saia. Pelo o que pode ser provado teoricamente, que um buraco negro pode se atravessado por ondas electromagnéticas te tenham um comprimento de onda igual ou maior que o diâmetro do buraco negro.
    Julgo que o fenómeno de aprisionamento de luz pelos buracos negros devido à distorção (curvatura) do tecido do espaço tempo, poderá ter uma analogia com a luz a passar numa fibra óptica, que se esta tiver demasiado “dobrada” a luz já não consegue passar.

    Cumprimentos

    1. Olá Francisco,

      O seu comentário é algo curioso. Começa por dizer que a luz não é afectada pela gravidade porque não tem massa, mas que só é afectada pela geometria do espaço-tempo. Esta afirmação não faz sentido, porque a gravidade evidencia-se ela própria na geometria do espaço-tempo para qualquer objecto, tenha ele massa ou não. Por outro lado, a luz não tem massa de repouso, mas isso não impede que tenha momento (massa inercial)…

      Naturalmente se a luz tiver um comprimento de onda da ordem de grandeza do horizonte de acontecimentos, poderá haver um fenómeno ondulatório no qual haverá uma probabilidade de a luz não ser capturada. Se for maior, a luz poderá nem “ver” o buraco. Mas confesso que sei pouco sobre estes “detalhes”.

      Quanto à analogia, ela é interessante e também me parece possível.

      Cumprimentos.

    • António Castanheira on 16/08/2013 at 16:36
    • Responder

    “Minha opinião pessoal é que os chamados Buracos Negros, não são nem negros nem buracos.. são é astros sólidos.”

    Considerando a dimensão e a força gravitacional associada a essas entidades, não serão certamente “astros sólidos”, pelo menos na medida em que atualmente entendemos o conceito de matéria ou de massa – Os pulsares já têm uma densidade gigantesca e um corpo “sólido” que correspondesse a um designado buraco negro teria de ter uma densidade…infinita.

    O que existe mais próximo de um “buraco branco” talvez sejam os quasares mais antigos e longínquos, alguns deles emitem uma quantidade de energia descomunal em raios-x e raios gama.

    Outra possibilidade avançada também muitas vezes é que os buracos brancos sejam a “outra ponta” dos buracos negros…mas não sei se isto é apenas uma ideia atrativa ou se existe algum postulado teórico que defenda este ponto de vista.

    1. Me desculpe, mas não há nada infinito realmente.
      Um buraco negro tem uma massa e atração maior doq a de uma estrela de Neutrons.
      Mas menos doq a de um BN SuperMassivo.
      E provavelmente menos que um Quasar e por aê vai..

      Mas não há motivo para não acreditar que não sejam sólidos.

  5. É certo que já foram detectadas gigantescas massas, compatíveis com os previstos buracos negros.

    Acontece que nada indica de fato que sejam “buracos” nem que sejam “negros”..

    E estão bem mais próximos dos conceitos de Estrelas de Nêutrons, Quasers e Pulsares..

    Desvio da luz . . . já foi observado em grandes massas que não eram consideradas Buracos Negros..
    Na prática ocorre sempre, claro, proporcional a atração gravitacional..

    Minha opinião pessoal é que os chamados Buracos Negros, não são nem negros nem buracos.. são é astros sólidos.

    Sobre buracos brancos..
    Como eles se pareceriam?
    Ora bolas, como os buracos negros de centros de galáxias, como detectamos?

    Ah, eles atraem massa para sí .. oq é compatível com um astro de grande massa
    mas não pode por sí só descartar que eles sejam os próprios (e nunca encontrados) buracos brancos.

    Mas, não alego que sejam, só estou fornecendo um novo ponto de vista..

    1. Xevious, não sei qual as suas “fontes” para afirmar que nada indica que sejam “buracos” nem “negros”. Existe consenso na comunidade científica de que os buracos negros existem mesmo, e isso advém de observações de “coisas negras”, que efectivamente têm uma acção gravitacional que faz prever que sejam “buracos”. (Quanto a desviar a luz, isso é claro que qualquer corpo com uma massa suficientemente grande o faz.)

      Para detectar um buraco branco seria necessário encontrar um “sítio no espaço” onde a massa estivesse a surgir. Creio que seria diferente de todos os outros objectos, pois este seria o primeiro com uma massa variável no tempo. (A massa dos buracos negros também varia, mas em função daquela que “come” nas redondezas, o que não aconteceria com o buraco branco.) Em teoria, diria que o buraco branco é diferente de qualquer objecto astronómico conhecido, e deveria ser fácil de identificar (supondo que fosse “perceptível” pelos nossos instrumentos de medida).

    • Telmo Almeida on 15/08/2013 at 18:07
    • Responder

    Sobre essa ideia colocada pelo Jorge, eu também penso nisso, seria possível esse funil ir dar a “outro” universo ou outra bolha e despejar para lá, a energia/matéria absorvida, mas….
    E então deste lado, é só enviar energia/matéria para o outro lado e não receber nenhuma, não me parece razoável, no mínimo teríamos de receber também alguma, de um outro ou até do mesmo e onde estão esses buracos brancos que despejam matéria/energia? É que ao que julgo saber, ainda não se vislumbrou nem ao de leve, uma tal evidência ou que possa ir nesse sentido.
    Gosto da ideia, até porque se torna um pouco romântica e permitiria, com a evolução, sermos transportados através dela para outros “lugares” ou para o mesmo mas numa realidade diferente, mas não passa disso, de uma ideia.
    Como diz o poema “… sempre que um homem sonha o mundo pula e avança…”.

    1. Telmo, está referido no artigo que não existem evidências experimentais sobre os buracos brancos.

  6. Eu sempre me pergunto se existe uma física que ainda somos incapazes de entender ou até mesmo de aceitar,os buracos Negros podem ser uma resposta,o que poderia existir do outro lado ?um universo alternativo?eu acredito que nossa maior dificuldade em avançar cientificamente, está na mente de alguns cientistas que teimam em pensar como se fosse século XVI,e que novas ideias são vistas como abominações.

    1. Isso é totalmente o oposto da realidade.

      Em mais nenhuma área tem a criatividade e a aceitação de novas ideias, do que na ciência.
      Basta abrir os olhos e ver o mundo à nossa volta.

      Aliás, nem precisa abrir os olhos… basta perceber que está numa coisa chamada internet…

      Por isso, esse comentário foi completamente errado.

      O que os cientistas sabem (e todas as pessoas utilizam o cepticismo milhões de vezes ao dia) é que ter a mente aberta é diferente de deixar cair o cérebro.

      abraços

        • Jorge on 14/08/2013 at 18:49

        Carlos um conterrâneo seu o cosmólogo João Magueijo disse uma vez “Há a possibilidade de ser tudo ao contrário do que pensamos”

      1. Tal como eu próprio coloquei aqui no blog, o Hawking tem uma passagem semelhante no seu novo livro: de que podemos estar a ver tudo a partir de dentro de um “aquário”, tudo distorcido.

        Mas é preciso entender o que eles querem dizer.

        Em primeiro lugar, não é a possibilidade, mas sim a probabilidade. E essa existe sempre.
        Todos os dias trabalhamos milhões de vezes com probabilidades. Elas podem é ser tão pequenas que para todos os efeitos práticos é como se não existissem.

        Em segundo lugar, o que ele se refere é ao exterior do núcleo da ciência.
        A Gravidade funciona. Você pode ver isso todos os dias.
        A Electricidade funciona. Você pode ver isso todos os dias.
        *Nada* do que descobrirmos daqui a 10 milhões de anos, pode colocar em causa que o que sabemos da electricidade actualmente é suficiente para ela funcionar.
        Mas certamente daqui a 10 milhões de anos, o que soubermos sobre a gravidade e sobre a electricidade está muito para além dos nossos conhecimentos actuais… e poderá ser completamente diferente de agora. Isso não coloca em causa o que sabemos agora.

        Mais, o que soubermos no futuro sobre a Gravidade, Electricidade, ou outra coisa qualquer, será sempre conhecimento dado pelos cientistas, pela constante mente aberta dos cientistas, pelas constantes “abominações” criadas pelas mentes dos cientistas. Cuspir na ciência como o Jorge o fez, é errado.

    2. Este meu artigo sobre os buracos negros (e “derivados”) evidencia o contrário: os cientistas até pensam em teorias de “coisas nunca vistas”, como buracos brancos e wormholes.

      Por outro lado, penso que o Jorge tem essa noção errada sobre os cientistas, pois provavelmente já terá visto os cientistas a comportarem-se muitas vezes de modo algo céptico em relação a novas ideias. Não se trata de cepticismo, mas antes de espírito crítico e mesmo científico. Ter ideias é muito diferente de produzir Ciência. O Jorge até pode ter uma ideia muito arrojada sobre algo que pensa que ocorre na natureza, mas que porém a Ciência não corrobora – se propuser essa ideia a um cientista, este muito provavelmente começará por pensar que é um disparate. E porquê? Porque se o Jorge não tiver argumentos científicos que provem as ideias, estas nem podem ser consideradas do domínio científico (mesmo que sejam “correctas”). É bom ter noção que uma teoria científica é muito mais que um conjunto de ideias.

  7. Gostei da matéria, apesar de que tive que colar em um bloco de notas para ler.

    Poderiam melhorar o background, ou então o campo de texto ter um painel por trás para não atrapalhar a leitura. =/

    1. Estamos com um problema… mas estamos a tentar resolvê-lo o mais rápido possível.

      abraços

    2. já está a dar bem 🙂

  1. […] Assim, a noção de tempo pode ser entendida como uma dimensão pela qual vamos viajando (com velocidade variável, dependendo da velocidade espacial que tivermos – quanto maior for a velocidade espacial, menor será a velocidade temporal, de tal modo que só “parados” é que viajamos à velocidade máxima pelo tempo – ver Relatividade Restrita), enquanto temos sempre a opção de estar em qualquer posição de um espaço 3D (supondo que não estamos num buraco negro). […]

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