O que é um Buraco Negro?

02/12/2011 17:33

 

Quando um corpo não possui mais pressão suficiente para produzir uma força para fora que contrabalance o peso de suas camadas externas (Fig.1.1), o corpo colapsa matematicamente a um ponto! Este ponto é chamado de singularidade, onde a densidade tende ao infinito. O campo gravitacional é tão forte que nem mesmo a luz é capaz de escapar e por isso tal corpo é chamado de Buraco Negro (BN).

 

Fig. 1.1 - Forças internas se equilibrando
(em uma estrela).

 

Assim sendo, o nome “Buraco Negro” é devido ao fato de ele não emitir radiação e não por uma coloração escura.

Um conceito equivocado é de que um BN suga a matéria ao seu redor. Isto somente acontece se a matéria chegar muito próxima ao BN, a uma distância menor do que o seu raio de maré (seção 2.4). Neste sentido o nome Buraco Negro transmite o conceito corretamente, pois não vemos buracos sugando as coisas. Entretanto, tudo que é atirado contra ele fica retido em seu interior e é irrecuperável.

Características fascinantes dos BNs são fenômenos físicos extremos – preditos na relatividade geral - observados, na natureza, devido ao forte campo gravitacional, como distorções do tempo e do espaço ao seu redor. Embora existam muitos aspectos que diferenciem BNs de corpos normais, eles possuem algumas propriedades que muitos corpos celestes possuem, como: massa, carga elétrica e momentum angular.

 

  

 

 

 

Desconsiderando a carga elétrica, os Buracos Negros podem ser descritos por dois tipos de modelos: de Schwarzschild e de Kerr.


1.1 - Buracos Negros de Schwarzschild

Esse é o modelo mais simples, por não considerar rotação, sendo caracterizado somente pela massa, a singularidade central e o horizonte de eventos (seção 2.3). 


 

 
 

Fig. 4.5 - Representação da "estrutura" de um BN de Schwarzschild.

 

 

 

 

O BN de Schwarzschild tem este nome porque sua teoria foi desenvolvida pelo astrofísico alemão Karl Schwarzschild na hipótese de ausência de rotação. Alguns indícios (indiretos) da presença ou não de rotação em um buraco negro podem ser observados. No caso de buracos negros supermassivos, a potência dos jatos emanados do núcleo de galáxias ativas pode ser usada como um indicador de rotação, uma vez que ela é muito maior para buracos negros em rotação.


 









1.2 - Buracos Negros de Kerr

São assim chamados pelo fato de que a teoria que os descrevem (uma solução das equações de Einstein da Relatividade Geral) ter sido desenvolvida pelo matemático Roy Patrick Kerr, e a diferença em relação ao buraco negro de Schwarschild é o fato de apresentar rotação. Como a rotação deve ser comum na matéria que colapsa para formar um Buraco Negro pela conservação de momento angular, é provável que a maioria dos BNs apresente rotação. Além da singularidade e do horizonte de eventos, é caracterizado pela presença da ergosfera, região que circunda o horizonte de eventos, em que o espaço é arrastado pela rotação do BN.  É possível extrair energia da ergosfera, como acontece com jatos emitidos por BNs supermassivos, que são gerados nas bordas internas do disco de acreção que podem estar já dentro da ergosfera.

 


Fig. 4.6 - Buraco Negro de Kerr, caracterizado pela massa e pelo spin (demonstrado em laranja).
Fig. 4.7 - Estrutura de um BN de Kerr, com deformação na singularidade central representada.

 

Finalmente, há modelos de BNs que consideram a presença de carga elétrica:



1.3 - Buraco negro carregado

Este modelo de Buraco Negro foi obtido a partir da solução das Equações de Einstein da Relatividade Geral pelos físicos Hans Reissner e Gunnar Nordström. Não leva em consideração a rotação mas considera o colapso de um objeto eletricamente carregado. Mais tarde, foi teorizado o modelo de Buraco Negro Kerr-Newman. Esse buraco negro possui, além da carga elétrica, momentum angular, como é o caso do Buraco negro de Kerr, descrito acima. Devido à enorme velocidade rotacional do buraco negro e ao fato deste ser eletricamente carregado, um intenso campo magnético é gerado, que é responsável por causar uma ruptura no horizonte de eventos, criando dois horizontes de eventos e entre eles um fluxo de matéria intenso queQuando um corpo não possui mais pressão suficiente para produzir uma força para fora que contrabalance o peso de suas camadas externas (Fig.1.1), o corpo colapsa matematicamente a um ponto! Este ponto é chamado de singularidade, onde a densidade tende ao infinito. O campo gravitacional é tão forte que nem mesmo a luz é capaz de escapar e por isso tal corpo é chamado de Buraco Negro (BN).

 

Fig. 1.1 - Forças internas se equilibrando
(em uma estrela).

 

Assim sendo, o nome “Buraco Negro” é devido ao fato de ele não emitir radiação e não por uma coloração escura.

Um conceito equivocado é de que um BN suga a matéria ao seu redor. Isto somente acontece se a matéria chegar muito próxima ao BN, a uma distância menor do que o seu raio de maré (seção 2.4). Neste sentido o nome Buraco Negro transmite o conceito corretamente, pois não vemos buracos sugando as coisas. Entretanto, tudo que é atirado contra ele fica retido em seu interior e é irrecuperável.

Características fascinantes dos BNs são fenômenos físicos extremos – preditos na relatividade geral - observados, na natureza, devido ao forte campo gravitacional, como distorções do tempo e do espaço ao seu redor. Embora existam muitos aspectos que diferenciem BNs de corpos normais, eles possuem algumas propriedades que muitos corpos celestes possuem, como: massa, carga elétrica e momentum angular.

 

  

 

 

 

Desconsiderando a carga elétrica, os Buracos Negros podem ser descritos por dois tipos de modelos: de Schwarzschild e de Kerr.


1.1 - Buracos Negros de Schwarzschild

Esse é o modelo mais simples, por não considerar rotação, sendo caracterizado somente pela massa, a singularidade central e o horizonte de eventos (seção 2.3). 


 

 
 

Fig. 4.5 - Representação da "estrutura" de um BN de Schwarzschild.

 

 

 

 

O BN de Schwarzschild tem este nome porque sua teoria foi desenvolvida pelo astrofísico alemão Karl Schwarzschild na hipótese de ausência de rotação. Alguns indícios (indiretos) da presença ou não de rotação em um buraco negro podem ser observados. No caso de buracos negros supermassivos, a potência dos jatos emanados do núcleo de galáxias ativas pode ser usada como um indicador de rotação, uma vez que ela é muito maior para buracos negros em rotação.


 









1.2 - Buracos Negros de Kerr

São assim chamados pelo fato de que a teoria que os descrevem (uma solução das equações de Einstein da Relatividade Geral) ter sido desenvolvida pelo matemático Roy Patrick Kerr, e a diferença em relação ao buraco negro de Schwarschild é o fato de apresentar rotação. Como a rotação deve ser comum na matéria que colapsa para formar um Buraco Negro pela conservação de momento angular, é provável que a maioria dos BNs apresente rotação. Além da singularidade e do horizonte de eventos, é caracterizado pela presença da ergosfera, região que circunda o horizonte de eventos, em que o espaço é arrastado pela rotação do BN.  É possível extrair energia da ergosfera, como acontece com jatos emitidos por BNs supermassivos, que são gerados nas bordas internas do disco de acreção que podem estar já dentro da ergosfera.

 


Fig. 4.6 - Buraco Negro de Kerr, caracterizado pela massa e pelo spin (demonstrado em laranja).
Fig. 4.7 - Estrutura de um BN de Kerr, com deformação na singularidade central representada.

 

Finalmente, há modelos de BNs que consideram a presença de carga elétrica:



1.3 - Buraco negro carregado

Este modelo de Buraco Negro foi obtido a partir da solução das Equações de Einstein da Relatividade Geral pelos físicos Hans Reissner e Gunnar Nordström. Não leva em consideração a rotação mas considera o colapso de um objeto eletricamente carregado. Mais tarde, foi teorizado o modelo de Buraco Negro Kerr-Newman. Esse buraco negro possui, além da carga elétrica, momentum angular, como é o caso do Buraco negro de Kerr, descrito acima. Devido à enorme velocidade rotacional do buraco negro e ao fato deste ser eletricamente carregado, um intenso campo magnético é gerado, que é responsável por causar uma ruptura no horizonte de eventos, criando dois horizontes de eventos e entre eles um fluxo de matéria intenso que, devido a sua interação violenta, expulsa fótons na forma de raios gama.


, devido a sua interação violenta, expulsa fótons na forma de raios gama.

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