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Buraco negro: o que é e como funciona (2)

Nesta postagem são encontradas as respostas à diversas dúvidas manifestadas em Buraco negro: o que é e como funciona.

Respondido por: Profa. Maria de Fátima Saraiva (IF-UFRGS)

Olá, Prof.ª Maria de Fátima!

Muitíssimo obrigado pela clareza na resposta. Despertei algumas curiosidades quando li tua resposta, nos trechos que destaco a seguir:

1) “A borda do buraco negro (a fronteira que separa o buraco negro do seu entorno) se chama horizonte de eventos. Quanto maior a massa concentrada no centro, maior o raio do horizonte de eventos, portanto maior o buraco negro. Nada atravessa o horizonte de eventos de dentro para fora, e tudo o que atravessa de fora para dentro fica lá dentro”.

Ou seja, o raio do horizonte de eventos de um buraco negro é sempre uma função monótona crescente no tempo, correto? Se sim, podemos dizer que quando o tempo for ao infinito, obrigatoriamente toda a massa do universo pertencerá a um único buraco, concentrada em seu centro, de volume zero? Ou o horizonte de eventos não é (ou nem sempre é) uma função monótona crescente no tempo?

RESPOSTA:O raio do horizonte de eventos de um dado buraco negro só cresce se ele estiver “ engolindo” matéria, o que só acontece se houver matéria o suficientemente próxima para ser atraída por ele.  Estrelas e gás podem manter órbitas estáveis em torno de um buraco negro sem ser atraídos por ele, da mesma maneira que a Terra tem uma órbita estável em torno do Sol. Ou seja, o raio de eventos  não é uma f​​unção monótona crescente no tempo.

2) “Atualmente, os astrônomos acreditam que quase todas as galáxias contêm um buraco negro supermassivo em seu centro, mas apenas em algumas – as galáxias com núcleo ativo – ele está “engolindo” matéria. A nossa própria galáxia parece ter um buraco negro central, porém inativo”.

O que causa tal inatividade do buraco negro? Seria uma “massa de saturação”? O buraco negro estar “inativo” significa que seu horizonte de eventos não cresce mais com o tempo, ou significa que – ainda que uma massa qualquer aproxime-se de seu horizonte de eventos e “cruze-o” – ela não será mais atraída para o núcleo?

RESPOSTA: No buraco negro inativo o horizonte de eventos não cresce com o tempo porque ele não está adicionando matéria, o que Não significa que ele não possa adicionar matéria se houver matéria disponível a seu alcance. A acreção de material por um buraco negro dormente no centro de uma galáxia pode expandir seu horizonte de eventos ao ponto de iniciar a sua atividade, mas os mecanismos que fazem isso acontecer ainda não são bem conhecidos (pelo menos que eu saiba).

3) Por fim, um raciocínio para ver se eu “entendi” a explicação do buraco negro: Digamos que o raio do horizonte de eventos é R (estou pensando aqui em um “raio de uma esfera”, apesar de não saber se existem buracos negros na forma esférica – ou se sempre são esféricos – mais uma dúvida [risos]). Bom, digamos que uma massa M começa a aproximar-se do buraco negro.

Primeiro, ela está em R+dr (fora do buraco). Logo, significa que ela tem aceleração superior à aceleração que a atrairia para o núcleo.

Depois, a massa vai para R-dr (dentro do buraco). Isto significa que o núcleo exerce uma força tal que “acelera a massa” inclusive em valor superior à velocidade da luz?

RESPOSTA: Não entendi o raciocínio. Quanto mais longe do buraco negro menor a aceleração, pois menor a força gravitacional. `A medida que o corpo se aproxima do buraco negro, aumenta sua aceleração na direção dele, mas isso não significa que sua velocidade será maior do que a da luz ao cruzar o horizonte de eventos. Essa velocidade teria que ser maior do que a da luz para ele poder cruzar o horizonte de eventos de dentro para fora do buraco negro, daí a impossibilidade de alguma coisa sair de dentro do mesmo.

 


3 comentários em “Buraco negro: o que é e como funciona (2)

  1. Ricardo Ivanov disse:

    Perfeito, Professora!
    Muitíssimo obrigado pelos esclarecimentos. Eles elucidaram as minhas dúvidas, inclusive na questão 3, que ao reler, vi que a redigi mal. Mas, mesmo assim, a tua resposta sanou o que estava buscando!
    Abraço!!

  2. Renato de Castro disse:

    Prezada Professora,
    foi dito em sua brilhante resposta que o buraco negro não emite radiação; mas e a radiação de Hawking ?

    • Fernando Lang disse:

      A Professora Maria da Fátima dá a seguinte resposta:

      A radiação de Hawking é a exceção que confirma a regra de que nada escapa de um buraco negro.
      Trata-se de uma radiação quântica que faz o buraco negro perder energia como se fosse um corpo aquecido emitindo radiação térmica, o que causaria sua lenta “evaporação”. Essa radiação apareceria quando um par de partículas virtuais se formasse tão próximo do horizonte de eventos de um buraco negro que a força de maré do buraco negro separasse as duas partículas, de forma que uma delas caísse no buraco e a outra escapasse. A partícula livre apareceria para um observador externo como se tivesse sido irradiada pelo buraco negro.
      Nesse contexto, o buraco negro tem uma temperatura associada a ele, que depende unicamente de sua massa, numa relação de proporcionalidade inversa. Como essa temperatura é extremamente baixa (bem abaixo da temperatura da radiação cósmica de fundo mesmo para os buracos negros estelares, e mais baixa ainda para buracos negros massivos), o tempo para a “evaporação”de um buraco negro é extremamente longo. No tempo de vida do universo (14 bilhões de anos) apenas hipotéticos mini buracos negros primordiais teriam tido tempo de evaporar significativamente. Nenhum ainda foi detectado.

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