Buraco negro: o que é, como se forma e curiosidades

A presença dos buracos negros é claramente visível, em todos os lugares ao nosso redor no universo, por meio de sua extrema atração gravitacional sobre estrelas e gás em galáxias

Região do centro da Via Láctea onde o buraco negro Sgr A*
Legenda: Imagem da região do centro da Via Láctea onde o buraco negro Sgr A* está localizado
Foto: NASA/CXC/SAO; NASA/HST/STScI; EHT Collaboration

Os buracos negros são alguns dos objetos mais curiosos que o universo é capaz de produzir. São tão densos que, dentro de uma determinada região ao seu redor, nada pode escapar da atração fatal de sua extrema gravidade.

Eles são escuros porque nem mesmo a luz, a partícula que se move mais rápido no universo, será capaz de escapar, define Roderik Overzier*, astrônomo do Observatório Nacional.

Para entender melhor sobre um dos maiores mistérios de objeto da Ciência, o Diário do Nordeste ouviu pesquisadores especialistas no assunto. Confira a seguir curiosidades, imagens e o que dizem os últimos estudos sobre buracos negros.

Como se formam os buracos negros?

O especialista Roderik Overzier explica, de acordo com a compreensão atual da teoria da gravitação, que os objetos não são realmente "buracos" no espaço, embora em seu centro esteja uma “misteriosa singularidade na qual o espaço-tempo desmoronou para um ponto infinitamente pequeno”.

A presença e a importância dos buracos negros são claramente visíveis, em todos os lugares ao nosso redor no universo, por meio de sua extrema atração gravitacional sobre estrelas e gás em galáxias, e através de eventos explosivos fenomenais que podem ocorrer quando matéria é consumida por buracos negros.

"Explosões de estrelas muito massivas normalmente levam à formação de buracos negros, e buracos negros com massas milhões de vezes a massa do Sol nos centros das galáxias produzem algumas das radiações mais energéticas conhecidas no universo, tão brilhantes que nos telescópios podem facilmente detectar buracos negros no outro lado do universo visível", detalha Overzier.

Assista ao vídeo:

Heliomárzio Rodrigues**, professor de física e astronomia, afirma que, no centro do buraco negro, há um ponto de densidade infinita onde a matéria entra em colapso, conhecido como singularidade. Ao seu redor, há uma região denominada horizonte de eventos, uma fronteira a partir de onde quem ultrapassar não retorna mais.

Há buracos negros estelares, que se formam do colapso gravitacional de estrelas supergigantes. Outros buracos negros, com massas que vão de um milhão de vezes a alguns bilhões de massas comparadas à do Sol, por isso chamados de supermassivos, encontrados na região central de muitas galáxias, são de origem desconhecida. Ainda não há consenso sobre a sua formação, informa o físico.

Estrelas ou nuvens de gás e poeira que se aproximem do horizonte de eventos podem orbitá-lo até serem destroçados ao espiralarem ao seu redor e atingirem velocidades enormes, próximas à da luz, formando um disco de acreção com temperaturas tão elevadas que formam plasma, emitindo fótons de luz, raios-x, infravermelhos e rádio.
Heliomárzio Rodrigues
Professor de física e astronomia

Em casos extremos, esse disco pode ejetar, pelos polos, matéria e energia em jatos de milhares de anos-luz de extensão, denominados jatos relativísticos, acrescenta o profissional.

Astrônomos catalogaram, até então, três tipos: buracos negros estelares, buracos negros intermediários e buracos negros supermassivos.

Qual é o buraco negro mais próximo da Terra?

A presença de buracos negros gigantes, como o do Centro Galáctico, não tem nenhum impacto físico na vida, na Terra ou no Sol, uma vez que ainda está incrivelmente distante (cerca de 27.000 anos-luz), garante Roderik Overzier.

Buraco negro na galáxia TN J1338-1942
Legenda: Foto da galáxia muito distante TN J1338-1942 que também tem um buraco negro supermassivo e que será observada pelo JWST por Dr. Overzier do Observatório Nacional em 2023
Foto: NASA/ESA/R. Overzier

Até mesmo a estrela S2, que é famosa por ter uma órbita mais próxima do buraco negro de todas as estrelas do Centro Galáctico, ainda está mais de 50 vezes mais longe do que a distância em que correria o risco de ser destruída.

“O principal impacto dos buracos negros é cultural e tecnológico. Eles servem para inspirar a humanidade a desenvolver tecnologia e criar novos conhecimentos sobre como funciona o mundo e o universo em que vivemos”, diz o astrônomo.

Quantos existem no universo?

O número de buracos negros no universo é bem maior do que o número de galáxias no universo (centenas de bilhões apenas na parte do universo que podemos observar).

O especialista explica que cada galáxia do tamanho da Via-Láctea ou maior tem um buraco negro supermassivo em seu centro. Além disso, os buracos negros de massa estelar se formam quando um certo tipo de estrelas massivas colapsam no final de sua vida.

Curiosidades

Sgr A* da Colaboração do Telescópio do Horizonte de Eventos
Legenda: Foto do Sgr A* da Colaboração do Telescópio do Horizonte de Eventos
Foto: EHT Collaboration

Neste mês, uma equipe internacional de astrônomos conhecida como a Colaboração do Telescópio do Horizonte de Eventos divulgou a primeira imagem direta do buraco negro no centro de nossa galáxia, a Via-Láctea.

Esse buraco negro, chamado Sgr A*, tem uma massa de 4 milhões de vezes a massa do Sol, e a imagem foi produzida graças às extraordinárias sensibilidades que só podem ser alcançadas por uma grande rede de radiotelescópios em todo o globo.

A imagem principal consiste em um anel de luz brilhante em torno de uma mancha escura, causada pela curvatura extrema dos raios de luz nas proximidades do buraco negro. Embora a presença e a massa do buraco negro galáctico fossem conhecidas há cerca de duas décadas com base na determinação das órbitas estelares em torno do buraco negro (resultado pelo qual o Prêmio Nobel de Física de 2020 foi concedido), esta imagem é uma conquista verdadeiramente notável.
Roderik Overzier
Astrônomo do Observatório Nacional

Além disso, é uma confirmação direta de que a teoria da gravidade de Einstein está correta, embora, ironicamente, o próprio Einstein não acreditasse na existência de buracos negros, assevera Roderik Overzier.

Breve histórico sobre o termo “buraco negro”

Os físicos soviéticos Yakov Zel’dovich e Igor Novikov, na década de 1960, usaram o termo "estrela congelada" para o que se conhece hoje como buraco negro.

Heliomárzio Rodrigues acrescenta que o físico americano John Wheeler e também alguns físicos europeus o chamavam de "estrela colapsada". O próprio Wheeler, que em 1958 criou o termo "wormhole" ou "buraco de verme" para os "atalhos" entre regiões diferentes do espaço-tempo, usou o termo "black hole" ou "buraco negro" após uma sugestão de uma pessoa da plateia em sua conferência em Nova Iorque no ano de 1967.

Há outra possibilidade de uso do termo ainda em 1963, em Dallas, no Texas, durante um simpósio de astrofísica. Um artigo da revista Life, em 1964, do jornalista Albert Rosenfeld, usou o termo ao se referir aos temas discutidos no simpósio.

Ainda em 1963, em uma conferência em Cleveland, também se usou o termo em outro artigo sobre essa conferência, dessa vez da jornalista Ann Ewing, que utilizou um título bem sugestivo: “Black Holes in Space”.

*Roderik Overzier é astrônomo do Observatório Nacional e trabalhou na astrofísica de buracos negros por duas décadas. No início do próximo ano, ele será um dos primeiros a usar o novo telescópio espacial JWST para observar os buracos negros mais distantes conhecidos no universo com o objetivo de entender mais sobre a origem de buracos negros como o Sgr A* em nossa galáxia.

**Heliomárzio Rodrigues Moreira é mestre em ensino de física pela Universidade Federal do Ceará (UFC) e licenciado em física pelo Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará (IFCE). Professor de física e astronomia em escolas de ensino fundamental e médio de Fortaleza. Atua nas áreas de física experimental e astronomia, com a Olimpíada Brasileira de Física e a Olimpíada Brasileira de Astronomia e Astronáutica. Professor da seletiva para a Olimpíada Latinoamericana de Astronomía y Astronáutica e International Olympiad on Astronomy and Astrophysic.