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Buraco negro

Imagem simulada de um buraco negro.

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São ondas violentas do mar, espumando sua vergonha; estrelas errantes, para as quais a mais negra escuridão foi reservada para sempre.

-Judas 1:13

PARA buraco negro é umastronômicocorpo tão denso que a velocidade de escape é maior do que o velocidade da luz . O mecanismo mais comum para a produção de novos buracos negros é o colapso do núcleo de uma estrela massiva, que produz buracos negros de pelo menos ca. três vezes a massa do Sol, embora outros mecanismos, como a fusão de duas estrelas de nêutrons, sejam possíveis. Os buracos negros podem se fundir e produzir buracos negros supermassivos, que foram encontrados nas densas regiões centrais das galáxias. Por muito tempo considerado teórico, o consenso científico era que os buracos negros existem por causa de evidências indiretas convincentes de várias linhas de pesquisa: espectroscopia de disco de acreção, órbitas estelares e a detecção de ondas gravitacionais de uma fusão de buraco negro, até que uma foi finalmente fotografada em abril 2019 (ver foto mais abaixo) e as dúvidas remanescentes foram finalmente dissipadas. Fontes mais antigas ainda podem se referir a buracos negros como objetos puramente hipotéticos.

Enquanto as evidências astrofísicas demonstram a existência de buracos negros, ou pelo menos de algo que age exatamente como, teoricamente, buracos negros são objetos paradoxais, e criam muitas discussões teóricas que são livremente confundidas com a realidade astrofísica de sua existência. Até os físicos são culpados de especulações desequilibradas contendo afirmações improváveis ou impossivelmente difíceis de provar. A relatividade geral prediz essencialmente que não pode predizer o que acontece no centro de um buraco negro. De acordo com GR, uma singularidade infinitamente densa seria formada. Mas se a física quântica fosse válida, tal objeto não poderia existir; ele teria que ter um tamanho físico, mesmo que extremamente pequeno. Essa incompatibilidade precisaria ser resolvida com uma teoria degravidade quântica. Stephen Hawking previu que os buracos negros iriam emitir radiação muito fraca (radiação de Hawking) devido aos efeitos quânticos. O paradoxo da informação do buraco negro é que nenhuma maneira matematicamente rigorosa foi encontrada para correlacionar a informação que cai em um buraco negro e a informação embutida na radiação de Hawking. A solução proposta por Hawking o levou a proclamar que 'buracos negros não existem', o que não é o caso; é verdade apenas em um sentido muito técnico que somente os físicos podem apreciar. Ninguém resolveu o paradoxo. Prêmios Nobel são esperados para quem o faz.

No entanto, objetos com tais propriedades extremas também atraíram raças variadas de pseudocientistas. Por exemplo, Nassim Haramein afirma ter resolvido a gravidade quântica em seu 'Projeto de Ressonância'.Convenientementea solução também se conecta ao templo de Osíris no Egito, I Ching , Kabbalah e círculos nas plantações . É como essas pessoasqueracionar detectores de merda para evitar que os especialistas tentem dissecar suas porcarias.

Existência e Formação

A primeira imagem verdadeira de um buraco negro, capturada pelo Event Horizon Telescope.

Existem buracos negros de milhares a bilhões de massas solares no centro de nossa e da maioria das outras galáxias. Estes podem ter sido criados pela compressão causada pela enorme massa central deestrelasatraindo-se mutuamente até ogravidadeexcedeu oradiaçãopressão. Essessupermassivoos buracos negros são tão gravitacionalmente poderosos que seu efeito no movimento real das estrelas em órbita próxima pode ser (facilmente - com o equipamento certo) detectado.

Supõe-se que os buracos negros se formem através do colapso de grandes objetos estelares quando a gravidade do objeto se torna suficientemente maior do que a pressão da radiação ou pelas enormes forças compressivas dentro das supernovas (explodindo).

Tem sidohipotetizadoque os buracos negros podem ter sido criados na época ou na época do Grande explosão . Esses buracos negros podem ser minúsculos em comparação com os buracos negros estelares e muitos provavelmente já teriam se decomposto em matéria comum.

De acordo comrelatividade geral, os buracos negros têm apenas três características distintas:massa, momento angular e carga elétrica. Dois buracos negros com a mesma massa, momento angular e carga são objetos verdadeiramente idênticos. Por esse motivo, alguns físicos especulam que os buracos negros podem ser uma espécie de partícula elementar, embora macroscópica.

Propriedades observáveis

Qual a aparência das lentes gravitacionais.

Os buracos negros têm, teoricamente, muitas propriedades outré, das quais possivelmente a mais notável é a distorção relativística do tempo e do espaço. Eles quase certamente foram detectados, observando a radiação emitida por fluxos de matéria de estrelas binárias fluindo para um buraco negro em velocidades próximas à velocidade da luz e peloefeito de lentena luz de corpos mais distantes à medida que passa perto a caminho deterra. Outro método para encontrar buracos negros é examinar seus efeitos nas órbitas de objetos próximos, especialmente estrelas.

Em 2015, as ondas gravitacionais causadas pela colisão de dois buracos negros distantes foram observadas pela primeira vez usando dois detectores do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro a Laser (LIGO), validando assim a existência de ondas gravitacionais, uma importante previsão da relatividade geral (e, desde essas ondas gravitacionais coincidiram com as previstas para uma colisão de dois buracos negros, uma prova muito forte da existência desses corpos celestes). A observação foi anunciada em 2016.

Em 2019, a primeira imagem de um buraco negro (ou melhor, o que é conhecido como sua sombra) foi capturada pelo Event Horizon Telescope (veja a segunda imagem deste artigo)

Propriedades não observáveis

Os buracos negros são caracterizados por umHorizonte de eventos. Este é um esferóide imaginário ao redor do objeto, de raio proporcional à massa do objeto, no qual a comunicação delado de dentroparaforatorna-se impossível (mas veja a nota abaixo). Muitos efeitos relativísticos tornam-se aparentes a esta distância.

A distância do horizonte de eventos do centro do buraco negro é chamada de Raio de Schwarzschild (r_s) e é diretamente proporcional à massa do buraco negro.r_s= 2,95 quilômetros por massa solar.

Propriedades hipotéticas

É hipoteticamente possível que os buracos negros não tenham 'dimensões físicas' - isto é, o objeto dentro do horizonte de eventos é um verdadeiroquantumsingularidade: um ponto de massa infinitamente denso e infinitamente pequeno. Até o momento, porém, não sabemos como testar isso.

Um dosMais recenteshipóteses ('teoria de Brane') sobre a estrutura básica do universo implica que os buracos negros podem conter 'pontos de junção' conhecidos como buracos de minhoca entre universos nos quais matéria / energia é passada de um universo para outro. Isso é pura conjectura e provavelmente permanecerá assim. Observe também, se essa ideia lhe deu esperanças, que qualquer matéria que passasse por esse ponto de junção seria destruída pelas imensas forças da maré do buraco negro antes que pudesse passar e a garganta do buraco de minhoca teria vida curta, então você ' acabaria esmagado em tamanho subatômico, a menos que você estivesse em filmes comoDisneyde O buraco negro .

Outra suposição é que omatéria escurado qual o universo é amplamente composto, pode consistir em um grande número de buracos negros microscópicos. Isso, entretanto, foi descartado ou, pelo menos, eles são uma parte significativa dela.

Que buraco negro NÃO É

Um buraco negro é não :

Um furo (equivalente a um furo bidimensional (plano) em uma parede). Não apenas alguém no espaço se pareceria com uma esfera ou no máximo como um esferóide achatado se estivesse girando rápido o suficiente, mas também, barrando os buracos de minhoca conforme comentado acima, ele não carrega para lugar nenhum, vida após a morte incluído. Se um buraco negro o suga, sua massa é adicionada à do buraco negro, então se houver uma vida após a morte, você irá para lá da maneira usual ... assumindo que as almas não são afetadas pela gravidade. Isso também significa que é errado vê-los como uma espécie de funil em um espaço 2-D (os discos de acreção ao redor deles não têm nada a ver com isso).
Totalmente preto. Se você já viu o filme 'Interestelar' (se não, veja imagem aqui ), ou a imagem acima de um buraco negro real, você pode ver como podemos detectar um graças a toda aquela matéria caindo em um e as lentes gravitacionais que induz sobre o que quer que esteja por trás dele, bem como o efeito que seu campo gravitacional tem em objetos mais distantes. Mesmo onde nenhuma dessas três técnicas é aplicável, um ainda pode ser localizado graças à fraca radiação emitida pela matéria sendo absorvida por ela (lembre-se que mesmo o espaço interestelar énão100% vazio de matéria). E há a radiação Hawking, mesmo que seja tão fraca (e quanto mais massivo for o buraco, mais tênue ele é e, portanto, mais difícil de detectar) que na maioria das vezes nem é perceptível e, como afirma o outro Wiki , é uma aproximação muito boa dizer que um buraco negro é 'negro'.
Um aspirador cósmico. Excluindo as forças de maré e que nem mesmo a luz pode escapar de um, um buraco negro tem a mesma atração gravitacional de um objeto de massa semelhante (uma estrela, etc) e a única diferença é que o buraco é muito pequeno e não emite radiação de qualquer tipo por si só, exceto Hawking muito fraco, permitiria que uma espaçonave hipotética orbitasse bem mais perto do que uma estrela de massa semelhante (assumindo um buraco negro de massa estelar), forças de maré à parte, perto o suficiente para deixar a referida órbita sendo muito difícil ou totalmente impossível devido ao campo gravitacional do buraco. Uma estrela ou mesmo uma galáxia inteira delas pode orbitar uma ou vice-versa sem efeitos nocivos (melhor exemplo: nosso muito galáxia ), exceto no primeiro caso, se for muito próximo, o buraco atrairá matéria da estrela (basta perguntar Cygnus X-1 ) ou pior.
Magia . Buracos negros, com todas as suas propriedades estranhas,estamosainda objetos deste Universo que estão sujeitos às mesmas leis da física todas as coisas neste último devem obedecer, portanto, elas podem ser explicadas por tais leis, mesmo que as que temos atualmente quebrem ao considerar o que acontece em seus próprios centros.

Radiação Hawking e evaporação de buraco negro

Veja o artigo principal neste tópico:Radiação Hawking

Físico Stephen Hawking teorizou que os buracos negros lentamente perdem massa por meio de um processo denominado 'Hawking Radiation'. Em sua teoria, Hawking afirmou (usando uma explicação muito, muito simples aqui) que quando pares de anti-partícula / partícula surgiram perto do horizonte de eventos de um buraco negro doenergia do vácuo, que um dos pares será puxado para o buraco negro enquanto o outro escapa para o espaço. Como o par foi criado a partir da energia do vácuo, eles precisam aniquilar um ao outro imediatamente para devolver a energia de volta ao vácuo a fim de satisfazer oprimeira lei da termodinâmica. Quando isso não acontece, o buraco negro retribui essa energia cedendo lentamente um pouco da sua. Pensa-se que, por meio desse processo, até mesmo o maior dos buracos negros eventualmente desapareceria (onde 'eventualmente' se refere a escalas de tempo extremamente longas, mesmo para padrões cosmológicos).

O tempo que um buraco negro levaria para evaporar completamente por meio da radiação Hawking depende inteiramente de sua massa:

$t _ { operatorname {ev}} = frac {5120 pi G ^ 2 M_0 ^ {3}} { hbar c ^ 4} ;$

Assim, um buraco negro com uma massa solar (2 x 10 kg) duraria 2 x 10 anos, enquanto um buraco negro com uma massa de 1 grama duraria 8 x 10 segundos.

É importante notar que mesmo que a matemática por trás disso funcione, a radiação Hawking é um conceito teórico até agora, pois sua detecção émuito alémnossas capacidades tecnológicas atuais.

Micro buracos negros

Hipoteticamente, qualquer processo - em qualquer escala - que espreme a matéria em um espaço menor que seu próprio raio de Schwarzchild criará um buraco negro. Isso poderia acontecer se as partículas subatômicas se chocassem umas com as outras com energia suficiente, criando um buraco negro microscópico.

Alguns oponentes do Grande Colisor de Hádrons (LHC) previu que criaria um micro buraco negro, que engoliria a Terra e condenaria a todos nós. Eles não têm nada com que se preocupar. Por um lado, alguns dos raios cósmicos que bombardeiam a atmosfera da Terra impactam com mais energia do que as colisões no LHC, e nenhum deles engoliu a Terra ainda. Por outro lado, mesmo se um buraco negro microscópicofezsurgisse, evaporaria através da radiação Hawking tão rapidamente que não teria tempo de engolirnada. (Um micro buraco negro pesando 1000 massas de prótons evaporaria em ~ 10 segundos.)

A 10 K, cada partícula de matéria torna-se seu próprio buraco negro, e a compreensão usual de espaço e tempo está no começo e no fim.

História

Surpreendentemente:

Um artigo escrito pelo Rev. John Michell em 1783 [publicado em 1784] foi descoberto na década de 1970. Esta é a primeira discussão conhecida sobre o conceito de buraco negro. John Michell (1724-1793) nasceu três anos antes da morte de Isaac Newton. Ele se tornou um conhecido geólogo e astrônomo britânico e mais tarde foi considerado o 'Pai da Sismologia' em seu estudo sobre Terremotos. Ele também é creditado com a ideia de Binary Stars, a demonstração de uma lei do inverso do quadrado no magnetismo, e foi o inventor da balança de torção antes de instigar o experimento, posteriormente concluído por Cavendish, para pesar a Terra.

No entanto, existem distinções entre o 'buraco negro' de Michell e os buracos negros modernos. No modelo de Michell, a estrela ainda brilha, mas as partículas de luz são puxadas de volta para a superfície da estrela. É como uma bola lançada na superfície da Terra com velocidade menor que a velocidade de escape. Na relatividade geral, nada pode ultrapassar o horizonte de eventos. Além disso, em GR, toda a massa está em um único ponto. Na teoria de Michell, não é.