Um buraco negro é um objeto astronômico com uma atração gravitacional tão forte que nada, nem mesmo a luz, pode escapar dele. A “superfície” de um buraco negro, chamada de horizonte de eventos, define o limite onde a velocidade necessária para escapar excede a velocidade da luz, que é o limite de velocidade em qualquer meio. A matéria e a radiação entram, mas não conseguem sair.
Duas classes principais de buracos negros são amplamente conhecidos da comunidade astronômica. Buracos negros de massa estelar com três a dezenas de vezes a massa do Sol estão espalhados por todas as galáxias enquanto monstros supermassivos pesando de 100.000 a bilhões de massas solares são encontrados no centro da maioria das grandes galáxias, incluindo a nossa.
Os astrônomos há muito suspeitavam de uma classe intermediária chamada buracos negros de massa intermediária, pesando de 100 a mais de 10.000 massas solares. Embora um punhado de candidatos tenha sido identificado com evidências indiretas, o exemplo mais convincente até o momento veio em 21 de maio de 2019, quando o Observatório de Ondas Gravitacionais LIGO , localizado em Livingston, Louisiana, e Hanford, Washington , detectou ondas gravitacionais de uma fusão de dois buracos negros de massa estelar. Este evento, apelidado de GW190521, resultou em um buraco negro pesando 142 vezes o Sol.
Um buraco negro de massa estelar se forma quando uma estrela com mais de 20 massas solares esgota o combustível nuclear em seu núcleo e colapsa com seu próprio peso. O colapso desencadeia uma explosão de supernova que expele as camadas externas da estrela. Mas se o núcleo restante da explosão contém mais do que cerca de três vezes a massa do Sol, nenhuma força conhecida pode impedir seu colapso em um buraco negro. A origem dos buracos negros supermassivos é mal compreendida, mas sabemos que existem desde os primeiros dias da vida de uma galáxia.
Uma vez nascidos, os buracos negros podem crescer agregando matéria que cai neles, incluindo gás retirado de estrelas vizinhas e até mesmo de outros buracos negros.
Em 2019, astrônomos usando o Event Horizon Telescope (EHT) - uma colaboração internacional que conectou oito radiotelescópios terrestres em uma única antena do tamanho da Terra - capturaram a imagem de um buraco negro pela primeira vez. Ele aparece como um círculo escuro em silhueta por um disco orbital de matéria quente e brilhante. O buraco negro supermassivo está localizado no coração de uma galáxia chamada M87, localizada a cerca de 55 milhões de anos-luz de distância, e pesa mais de 6 bilhões de massas solares. Seu horizonte de eventos é do tamanho de grande parte de nosso sistema solar bem além dos planetas.
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| A primeira foto de um buraco negro foi feita usando observações do centro da galáxia M87 feitas pelo Event Horizon Telescope. A imagem mostra um anel brilhante formado quando a luz se curva na intensa gravidade ao redor de um buraco negro 6,5 bilhões de vezes a massa do Sol. Créditos: Colaboração Event Horizon Telescope |
Outra descoberta importante relacionada a buracos negros ocorreu em 2015, quando os cientistas detectaram pela primeira vez ondas gravitacionais , ondulações na estrutura do espaço-tempo previstas um século antes pela teoria geral da relatividade de Albert Einstein. O LIGO detectou as ondas de um evento chamado GW150914, onde dois buracos negros orbitando espiralaram um no outro e se fundiram 1,3 bilhões de anos atrás. Desde então, o LIGO e outras instalações observaram inúmeras fusões de buracos negros por meio das ondas gravitacionais que eles produzem.
Esses são métodos novos e estimulantes, mas os astrônomos têm estudado os buracos negros por meio das várias formas de luz que eles emitem há décadas. Embora a luz não possa escapar do horizonte de eventos de um buraco negro, as enormes forças das marés em sua vizinhança fazem com que a matéria próxima se aqueça a milhões de graus e emita ondas de rádio e raios-X. Parte do material orbitando ainda mais perto do horizonte de eventos pode ser arremessado, formando jatos de partículas que se movem perto da velocidade da luz que emitem rádio, raios-X e raios gama. Jatos de buracos negros supermassivos podem se estender por centenas de milhares de anos-luz no espaço.
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| Dados de rádio da instalação Very Large Array foram usados para construir esta imagem de Cygnus A, a fonte de rádio mais brilhante no céu localizada fora de nossa galáxia. Jatos de partículas longas e finas produzidos por um buraco negro supermassivo no centro da galáxia se conectam a vastos lóbulos onde elétrons em alta velocidade presos por campos magnéticos emitem ondas de rádio. De ponta a ponta, a estrutura se estende por meio milhão de anos-luz. Créditos: NRAO / AUI |
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