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.