O que Exatamente é um Horizonte de Eventos de Buraco Negro

Uma visualização de uma simulação de supercomputador mostra como os pósitrons se comportam perto do horizonte de eventos de um buraco negro em rotação.

Nesta quarta-feira (10 de abril de 2019), o projeto internacional do Event Horizon Telescope liberará os primeiros resultados de seu projeto para criar imagens de buracos negros. Mas o que exatamente é um horizonte de eventos?
O horizonte de eventos de um buraco negro está ligado à velocidade de escape do objeto - a velocidade que seria necessário ultrapassar para escapar da atração gravitacional do buraco negro. Quanto mais perto alguém chegasse de um buraco negro, maior a velocidade que precisariam para escapar daquela forte gravidade. O horizonte de eventos é o limiar em torno do buraco negro onde a velocidade de escape ultrapassa a velocidade da luz.
De acordo com a teoria da relatividade especial de Einstein, nada pode viajar mais rápido através do espaço do que a velocidade da luz. Isso significa que o horizonte de eventos de um buraco negro é essencialmente o ponto de onde nada pode retornar. O nome refere-se à impossibilidade de se testemunhar qualquer evento ocorrendo dentro dessa fronteira, o horizonte além do qual não se pode ver.
"O horizonte de eventos é a parede final da prisão - pode-se entrar, mas nunca sair", disse Avi Loeb, diretor de astronomia da Universidade de Harvard.
Quando um objeto se aproxima de um horizonte de eventos, uma testemunha veria a imagem do objeto ficar vermelha e escura, à medida que a luz distorcida pela gravidade vem desse objeto. No horizonte de eventos, essa imagem efetivamente se desvaneceria para a invisibilidade.
Dentro do horizonte de eventos, encontra-se a singularidade do buraco negro, onde pesquisas anteriores sugerem que toda a massa do objeto entrou em colapso numa extensão infinitamente densa. Isso significa que o tecido do espaço e do tempo em torno da singularidade também se curva em um grau infinito, de modo que as leis da física como as conhecemos atualmente não se aplicam. "O horizonte de eventos nos protege da física desconhecida perto de uma singularidade", disse Loeb.
O tamanho de um horizonte de eventos depende da massa do buraco negro. Se a Terra fosse comprimida até se tornar um buraco negro, teria um diâmetro de cerca de 17,4 milímetros; se o sol fosse convertido em um buraco negro, teria cerca de 5,84 quilômetros de diâmetro, aproximadamente do tamanho de uma vila ou cidade. Os buracos negros supermassivos que o Telescópio Event Horizon está observando são muito maiores; Sagitário A *, no centro da Via Láctea, tem cerca de 4,3 milhões de vezes a massa do nosso sol e tem um um diâmetro de cerca de 12,7 milhões de km, enquanto a M87 no coração da galáxia de Virgem A tem cerca de 6 bilhões de massas solares, com 17,7 bilhões de quilômetros de diâmetro.
A força da atração gravitacional de um buraco negro depende da distância - quanto mais perto você estiver, mais poderoso será o puxão. Mas os efeitos dessa gravidade em um visitante seriam diferentes dependendo da massa do buraco negro. Se você caísse em direção a um buraco negro relativamente pequeno algumas vezes a massa do sol, por exemplo, você seria separado e esticado em um processo conhecido como espaguete, morrendo bem antes de atingir o horizonte de eventos.
No entanto, se você fosse caísse em direção a um buraco negro supermassivo de milhões a bilhões de vezes a massa do Sol, você não "sentiria tais forças em um nível significativo", disse Loeb. Você não sofreria o processo de espaguete antes de cruzar o horizonte de eventos (embora numerosos outros perigos em torno de um buraco negro possam matá-lo antes que você chegue a esse ponto).
Os buracos negros provavelmente giram porque as estrelas de onde eles geralmente se originaram também giravam e porque a matéria que engoliram girou em espirais antes de cair. Descobertas recentes sugerem que os buracos negros podem girar a velocidades superiores a 90% da luz, disse Loeb.
Anteriormente, o modelo mais básico de buracos negros supunha que eles não giravam e, portanto, suas singularidades eram assumidas como pontos. Mas, como os buracos negros geralmente giram, os modelos atuais sugerem que suas singularidades são anéis infinitamente finos. Isso leva os horizontes de eventos de buracos negros rotativos, também conhecidos como buracos negros de Kerr, a parecerem oblongos - esmagados nos polos e inchados nos equadores.
O horizonte de eventos de um buraco negro giratório divide-se em um horizonte externo e um horizonte interno. O horizonte de eventos externo de tal objeto age como um ponto sem retorno, exatamente como o horizonte de eventos de um buraco negro não rotativo. O horizonte de eventos internos de um buraco negro em rotação, também conhecido como horizonte de Cauchy, é mais estranho. Passado esse limiar, porque já não precede necessariamente o efeito, o passado já não determina necessariamente o futuro e a viagem no tempo pode ser possível. (Em um buraco negro não rotatório, também conhecido como buraco negro de Schwarzschild, os horizontes interno e externo coincidem).
Um buraco negro em rotação também força o tecido do espaço-tempo ao redor a girar com ele, um fenômeno conhecido como arrasto de referência ou o efeito Lense-Thirring. O arrasto de referência também é visto em torno de outros corpos massivos, incluindo a Terra.
O arrasto de referência cria um redemoinho cósmico conhecido como ergosfera, que ocorre fora do horizonte de eventos externo de um buraco negro em rotação. Qualquer objeto dentro da ergosfera é forçado a se mover na mesma direção em que o buraco negro está girando. A matéria que cai na ergosfera pode ter velocidade suficiente para escapar da força gravitacional do buraco negro, levando consigo a energia do buraco negro. Dessa maneira, os buracos negros podem ter efeitos poderosos em seus arredores.
A rotação também pode tornar os buracos negros mais eficazes na conversão de qualquer matéria que caia em energia. Um buraco negro não rotativo converteria cerca de 5,7% da massa de um objeto cadente em energia, seguindo a famosa equação E = mc2 de Einstein. Em contraste, um buraco negro rotativo poderia converter até 42% da massa de um objeto em energia.
"Isso tem implicações importantes para os ambientes em torno dos buracos negros", disse Loeb. "A quantidade de energia dos buracos negros supermassivos nos centros de virtualmente todas as grandes galáxias pode influenciar significativamente a evolução dessas galáxias".
Trabalho recente tem perturbado muito a visão convencional dos buracos negros. Em 2012, os físicos sugeriram que qualquer coisa que caísse em direção a um buraco negro poderia encontrar "firewalls" - uma espécie de barreira de energia - nas proximidades do horizonte de eventos que dissolveria qualquer matéria que estivesse caindo. Isso ocorre porque quando as partículas colidem, elas podem se tornar invisivelmente conectadas por meio de um link chamado emaranhamento, e os buracos negros poderiam quebrar tais elos, liberando incríveis quantidades de energia.
No entanto, outras pesquisas que buscam unir a relatividade geral, que explica a natureza da gravidade, com a mecânica quântica, que descreve o comportamento de todas as partículas conhecidas, sugerem que firewalls podem não existir - porque os horizontes de eventos podem não existir. Alguns físicos sugerem que, em vez de abismos dos quais nada pode retornar, os buracos negros podem não possuir o ponto de não retorno, mas na verdade serem hospedeiros de objetos teóricos, como estrelas de bósons, gravastar, fuzzballs e buracos de minhoca, teorizados por Albert Einstein e pelo físico Nathan Rosen décadas atrás.
Imaginando as bordas dos buracos negros, o Telescópio Event Horizon pode ajudar os cientistas a analisar as formas e comportamentos dos horizontes de eventos. "Podemos usar essas imagens para restringir qualquer teoria sobre a estrutura dos buracos negros", disse Loeb.

Fonte: SPACE.com