O que é um Buraco Negro?

 Buracos negros são os objetos astronômicos mais misteriosos que existem no universo. Apesar de terem surgido como uma possibilidade teórica na teoria da relatividade geral de Einstein, sua ideia remonta ao final do século XVIII, quando o eminente astrônomo John Mitchell (1724-1793) propôs, em 1784, que qualquer estrela com um campo gravitacional suficientemente forte possuiria uma velocidade de escape que superaria o próprio valor da velocidade da luz, e, dessa forma, a luz emanada da superfície da estrela não poderia chegar até um observador distante, pois a imensa gravidade da estrela não iria permitir a propagação dos raios de luz. Sendo assim, essas estrelas, assim como um quarto desprovido de uma fonte de luz, por exemplo, seriam completamente escuras, e por isso receberam o nome de "estrelas negras" ou "estrelas escuras". 

 No início do século XX, a atenção dos físicos sobre esse assunto foi renovada, especialmente e, sobretudo, por conta da formulação de uma nova teoria para a gravitação, e obviamente, refiro-me a teoria da relatividade geral, desenvolvida principalmente por Albert Einstein e o matemático David Hillbert. Em 1905, Einstein publicou uma série de artigos no qual apresenta uma nova e estranha teoria que, posteriormente, mudou drasticamente nossa concepção acerca da natureza do espaço e do tempo. De forma resumida (e extremamente simplificada), físicos como Einstein, Lorentz, Poincaré, Fitzgerald, etc., mostraram que espaço e tempo não podiam mais ser entendidos como entidades separadas, mas sim unificadas, isto é, que formam uma única estrutura, e que passou a ser chamada de "espaço-tempo". A teoria da relatividade especial é constituída por essa e mais outras contribuições teóricas, como a equivalência massa-energia, contração de Lorentz, etc. 

 A teoria da relatividade geral representa uma generalização da teoria especial pois inclui a gravidade em seu escopo teórico. Antes, a gravidade era encarada segundo a concepção mecânica de Newton, cuja intensidade era proporcional à massa dos corpos envolvidos e decaía com o quadrado da distância que os separa. Em suma, o modelo Newtoniano apregoava que a gravidade era uma interação mecânica que se dava a distância, ou seja, tratava-se de uma força entre dois ou mais corpos. A grande mudança promovida pela teoria da relatividade geral, é que a gravidade passa a ser encarada como uma curvatura do tecido do espaço-tempo, que é provocada pela presença de matéria-energia. O espaço físico não apenas deixou de ser absoluto, como também passou a ser entendido como uma estrutura que pode se deformar, tensionar, cisalhar etc, e são essas propriedades que possibilitaram a previsão da existência de objetos como buracos negros. 

 Um buraco negro é uma região do espaço-tempo onde a concentração de matéria é tão grande que faz com que o espaço se curve sobre si mesmo de tal forma, que a velocidade de escape se torna maior que a velocidade da luz, e se a luz não consegue fugir de seu domínio gravitacional, nenhum outro objeto consegue. Perceba que essa definição guarda uma certa semelhança com a apresentada por Mitchell, já que a ideia apresentada pelo mesmo era a de um objeto que "sugava" toda a luz que era emitida de sua superfície. O "horizonte de eventos" é o nome que se dá a região de não retorno, ou seja, uma vez cruzando o horizonte de eventos, um objeto não pode mais escapar da atração gravitacional do buraco negro (veja a figura 1). 

                                Figura 1: Concepção artística das principais estruturas de um buraco negro. 

 Um buraco negro, no entanto, não é um objeto totalmente escuro; a matéria que se aproxima demasiadamente do seu entorno acaba sendo acelerada a altas velocidades, e o atrito faz com que essa matéria em rotação brilhe de forma incandescente (figura 2). Contudo, essa luz provém apenas dos entornos do buraco negro, pois como já foi enfatizado, tudo que cruza o horizonte de eventos não consegue mais sair. 

            Figura 2: ilustração artística de um buraco negro "engolindo" matéria de uma estrela próxima.

                                   

 O termo "buraco negro" foi cunhado pelo físico John Wheeler, em 1969, e não deve ser confundido com "corpo negro", que é um termo bastante recorrente em física teórica, mas que é bem diferente do objeto tratado nesse texto. Buracos negros se formam a partir do colapso gravitacional de estrelas que se encontram nos estágios finais de sua "vida". Este certamente é um assunto que merece um texto próprio, e isso será abordado em outra publicação aqui no blog. 

Links úteis

http://www.if.ufrgs.br/~thaisa/buracos-negros/ (material excelente disponibilizado gratuitamente pela UFRGS).

https://www.if.ufrgs.br/novocref/?contact-pergunta=buraco-negro-o-que-e-e-como-funciona

https://www.nasa.gov/audience/forstudents/k-4/stories/nasa-knows/what-is-a-black-hole-k4.html (Texto excelente fornecido pela NASA).