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Buraco negro

O buraco negro supermassivo no centro da galáxia elíptica supergigante Messier 87, com uma massa de ~ 7 bilhões de vezes a do Sol,[1] como mostrado na primeira imagem divulgada pelo Event Horizon Telescope (10 de abril de 2019).[2][3][4][5] Na imagem, são visíveis o anel de emissão em forma de crescente e a sombra central, que são vistas ampliadas gravitacionalmente do anel de fótons do buraco negro e da zona de captura de fótons do seu horizonte de eventos. A forma crescente surge da rotação do buraco negro e dos raios relativísticos; a sombra é cerca de 2,6 vezes o diâmetro do horizonte de eventos.
Série de artigos sobre
Relatividade geral
Spacetime curvature schematic
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Buraco negro é uma região do espaço-tempo em que o campo gravitacional é tão intenso que nada — nenhuma partícula ou radiação eletromagnética como a luz — pode escapar.[6] A teoria da relatividade geral prevê que uma massa suficientemente compacta pode deformar o espaço-tempo para formar um buraco negro.[7][8] O limite da região da qual não é possível escapar é chamado de horizonte de eventos. Embora o horizonte de eventos tenha um efeito enorme sobre o destino e as circunstâncias de um objeto que o atravessa, não tem nenhuma característica local detectável.[9] De muitas maneiras, um buraco negro age como um corpo negro ideal, pois não reflete luz.[10][11] Além disso, a teoria quântica de campos no espaço-tempo curvo prevê que os horizontes de eventos emitem radiação Hawking, com o mesmo espectro que um corpo negro de temperatura inversamente proporcional à sua massa. Essa temperatura é da ordem dos bilionésimos de um kelvin para buracos negros de massa estelar, o que a torna praticamente impossível de observar.

Objetos cujos campos gravitacionais são fortes demais para a luz escapar foram considerados pela primeira vez no século XVIII por John Michell e Pierre-Simon Laplace.[12] A primeira solução moderna da relatividade geral que caracterizaria um buraco negro foi encontrada por Karl Schwarzschild em 1916, embora sua interpretação como uma região do espaço da qual nada possa escapar tenha sido publicada pela primeira vez por David Finkelstein em 1958. Os buracos negros eram há muito considerados uma curiosidade matemática; foi na década de 1960 que o trabalho teórico mostrou que eram uma previsão genérica da relatividade geral. A descoberta de estrelas de nêutrons por Jocelyn Bell Burnell em 1967 despertou o interesse em objetos compactos em colapso gravitacional como uma possível realidade astrofísica.

Espera-se a formação de buracos negros de massa estelar quando estrelas muito massivas colapsam no final de seu ciclo de vida. Um buraco negro pode se formar também a partir da condensação de nuvens de gás.[13] Uma descoberta de novembro de 2023 é consistente com essa hipótese.[14] Após a formação de um buraco negro, ele pode continuar a crescer absorvendo a massa do ambiente. Ao absorver outras estrelas e se fundir com outros buracos negros, buracos negros supermassivos de milhões de massas solares (M☉) podem se formar. Há consenso de que existem buracos negros supermassivos no centro da maioria das galáxias. A presença de um buraco negro pode ser inferida por meio da interação com outra matéria e com radiação eletromagnética, como a luz visível. A matéria que cai em um buraco negro pode formar um disco de acreção externa aquecido por fricção, formando alguns dos objetos mais brilhantes do universo. Se houver outras estrelas orbitando um buraco negro, suas órbitas podem ser usadas para determinar a massa e a localização do buraco negro. Tais observações podem ser usadas para excluir possíveis alternativas, como estrelas de nêutrons. Dessa maneira, os astrônomos identificaram inúmeros candidatos a buracos negros estelares em sistemas binários e estabeleceram que a fonte de rádio conhecida como Sagitário A *, no núcleo da Via Láctea, contém um buraco negro supermassivo de cerca de 4,3 milhões de massas solares.

Em 11 de fevereiro de 2016, a colaboração do LIGO anunciou a primeira detecção direta de ondas gravitacionais, o que também representou a primeira observação de uma fusão de buracos negros.[15] Em dezembro de 2018, foram observados onze ondas gravitacionais originadas de dez buracos negros em fusão (junto com uma fusão binária de estrela de nêutrons).[16][17] Em 10 de abril de 2019, a primeira imagem direta de um buraco negro e sua vizinhança foi publicada, após observações feitas pelo Event Horizon Telescope em 2017 do buraco negro supermassivo no centro galáctico de Messier 87.[3][18][19]

  1. ↑ Oldham, L. J. «Galaxy structure from multiple tracers – II. M87 from parsec to megaparsec scales». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 457: 421–439. Bibcode:2016MNRAS.457..421O. ISSN 0035-8711. arXiv:1601.01323Acessível livremente. doi:10.1093/mnras/stv2982 
  2. ↑ «Black Hole Picture Revealed for the First Time – Astronomers at last have captured an image of the darkest entities in the cosmos – Comments». The New York Times. Consultado em 10 de março de 2020 
  3. ↑ a b «First M87 Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole». The Astrophysical Journal. 87 (1): L1. Bibcode:2019ApJ...875L...1E. doi:10.3847/2041-8213/ab0ec7 
  4. ↑ «Black Hole Image Makes History». NASA. Consultado em 10 de março de 2020 
  5. ↑ «The woman behind first black hole image». BBC News. Consultado em 10 de março de 2020 
  6. ↑ Wald 1984, pp. 299–300
  7. ↑ Wald, R. M. (1997). «Gravitational Collapse and Cosmic Censorship». In: Iyer, B. R.; Bhawal, B. Black Holes, Gravitational Radiation and the Universe. Springer. [S.l.: s.n.] pp. 69–86. ISBN 978-9401709347. arXiv:gr-qc/9710068Acessível livremente. doi:10.1007/978-94-017-0934-7 
  8. ↑ «Black Hole Hunters». NASA. Consultado em 10 de março de 2020 
  9. ↑ «Introduction to Black Holes». socratease.in. Consultado em 10 de março de 2020 
  10. ↑ Schutz, Bernard F. (2003). Gravity from the ground up. Cambridge University Press. [S.l.: s.n.] ISBN 978-0-521-45506-0 
  11. ↑ Davies. «Thermodynamics of Black Holes» (PDF). Reports on Progress in Physics. 41: 1313–1355. Bibcode:1978RPPh...41.1313D. doi:10.1088/0034-4885/41/8/004. Consultado em 12 de março de 2020 
  12. ↑ «Michell, Laplace and the origin of the black hole concept». Journal of Astronomical History and Heritage. 12: 90–96. 2009. Bibcode:2009JAHH...12...90M 
  13. ↑ «Not Just Dying Stars: A Black Hole That Came From Gas». Science Friday (em inglês). Consultado em 12 de novembro de 2023 
  14. ↑ FM, Player (10 de novembro de 2023), 646: Euclid Telescope’s First Images | A Black Hole That Came From Gas (em inglês), consultado em 12 de novembro de 2023 
  15. ↑ Abbott, B.P.; et al. (2016). «Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger». Phys. Rev. Lett. 116. 061102 páginas. Bibcode:2016PhRvL.116f1102A. PMID 26918975. arXiv:1602.03837Acessível livremente. doi:10.1103/PhysRevLett.116.061102 
  16. ↑ Siegel, Ethan. «Five Surprising Truths About Black Holes From LIGO». Forbes 
  17. ↑ «Detection of gravitational waves». LIGO. Consultado em 10 de março de 2020 
  18. ↑ Bouman, Katherine L.; Johnson, Michael D.; Zoran, Daniel; Fish, Vincent L.; Doeleman, Sheperd S.; Freeman (2016). «Computational Imaging for VLBI Image Reconstruction». 2016 IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR). [S.l.: s.n.] pp. 913–922. ISBN 978-1-4673-8851-1. arXiv:1512.01413Acessível livremente. doi:10.1109/CVPR.2016.105 
  19. ↑ «When a Black Hole Finally Reveals Itself, It Helps to Have Our Very Own Cosmic Reporter – Astronomers announced Wednesday that they had captured the first image of a black hole. The Times's Dennis Overbye answers readers' questions.». The New York Times. Consultado em 10 de março de 2020 

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