Nos emaranhados corredores de buracos negros, duas teorias fundamentais que descrevem nosso mundo colidem. Os buracos negros realmente existem? Parece que sim. É possível resolver os problemas fundamentais que surgem quando olhamos para os buracos negros mais de perto? Desconhecido. Para entender com o que os cientistas estão lidando, você terá que mergulhar um pouco na história do estudo desses objetos inusitados. E vamos começar dizendo que de todas as forças que existem na física, há uma que não entendemos nada: a gravidade.

A gravidade é o ponto de interseção da física fundamental e da astronomia, a fronteira onde duas das teorias mais fundamentais que descrevem nosso mundo colidem: a teoria quântica e a teoria do espaço-tempo e gravidade de Einstein, também conhecida como relatividade geral.

Buracos negros e gravidade

As duas teorias parecem ser incompatíveis. E isso nem é um problema. Eles existem em mundos diferentes, a mecânica quântica descreve muito pouco e a relatividade geral descreve muito.

É somente quando você chega a escalas extremamente pequenas e gravidade extrema que essas duas teorias colidem e de alguma forma uma delas se mostra errada. De qualquer forma, isso decorre da teoria.

Mas há um lugar no universo onde podemos realmente testemunhar esse problema e talvez até resolvê-lo: a fronteira de um buraco negro. É aqui que encontramos a gravidade mais extrema. Só aqui há um problema: ninguém jamais "viu" um buraco negro.

O que é um buraco negro?

Imagine que todo o drama do mundo físico acontece no teatro do espaço-tempo, mas a gravidade é a única força que realmente muda o teatro em que é representado.

A força da gravidade governa o universo, mas pode nem ser uma força no sentido tradicional. Einstein descreveu-o como consequência da deformação do espaço-tempo. E talvez simplesmente não se encaixe no Modelo Padrão da física de partículas.

Quando uma estrela muito grande explode no final de sua vida útil, sua parte mais interna colapsa sob sua própria gravidade, pois não há mais combustível suficiente para manter a pressão contra a gravidade. Afinal, a gravidade ainda é capaz de exercer força, parece que sim.

A matéria colapsa e nenhuma força da natureza pode deixar esse colapso.

Em tempo infinito, a estrela colapsa em um ponto infinitesimal: uma singularidade, ou vamos chamá-la de buraco negro. Mas em um tempo finito, é claro, o núcleo estelar entrará em colapso em algo de tamanho finito e ainda terá uma enorme quantidade de massa em uma região infinitesimal. Também será chamado de buraco negro.

Buracos negros não sugam tudo.

Vale ressaltar que a ideia de que um buraco negro inevitavelmente sugará tudo para si é incorreta.

Na verdade, se você está orbitando uma estrela ou um buraco negro formado a partir de uma estrela, não importa, desde que a massa permaneça a mesma. A boa e velha força centrífuga e seu momento angular o manterão seguro e evitarão que você caia.

E é somente quando você aplica seus freios de foguete para quebrar o giro que você começa a cair para dentro.

No entanto, uma vez que você comece a cair no buraco negro, você gradualmente acelerará para velocidades cada vez mais altas até finalmente atingir a velocidade da luz.

Por que a teoria quântica e a relatividade geral são incompatíveis?

No momento, tudo está desmoronando, porque, de acordo com a relatividade geral, nada pode se mover mais rápido que a velocidade da luz.

A luz é o substrato usado no mundo quântico para trocar forças e transportar informações para o macrocosmo. A luz determina a rapidez com que você pode conectar causa e efeito. Se você se mover mais rápido que a luz, poderá ver eventos e mudar as coisas antes que aconteçam. E isso tem duas consequências:

• No ponto em que você atinge a velocidade da luz ao cair para dentro, você também precisa voar para fora desse ponto a uma velocidade ainda maior, o que parece impossível. Portanto, a sabedoria física comum lhe dirá que nada pode deixar um buraco negro além dessa barreira, que também chamamos de "horizonte de eventos".
• Segue-se também que os princípios básicos de conservação da informação quântica são subitamente violados.

Se isso é verdade e como podemos modificar a teoria da gravidade (ou física quântica) são perguntas para as quais muitos físicos estão procurando respostas. E nenhum de nós pode dizer a que argumentos chegaremos no final.

Buracos negros existem?

Obviamente, toda essa excitação só se justificaria se os buracos negros realmente existissem neste Universo. Então eles existem?

No século passado, foi provado de forma convincente que algumas estrelas binárias com intensa emissão de raios-X são, na verdade, estrelas que colapsaram em buracos negros.

Além disso, nos centros das galáxias, muitas vezes encontramos evidências de enormes e escuras concentrações de massa. Podem ser versões supermassivas de buracos negros, provavelmente formados pela fusão de muitas estrelas e nuvens de gás que mergulharam no centro da galáxia.

A evidência é convincente, mas circunstancial. nos permitiu pelo menos "ouvir" fusões de buracos negros, mas a assinatura do horizonte de eventos ainda é indescritível e nunca "vimos" buracos negros até agora - eles são muito pequenos, muito distantes e, na maioria dos casos, muito preto.

Como é um buraco negro?

Se você olhar diretamente para um buraco negro, verá a escuridão mais escura imaginável.

Mas os arredores imediatos do buraco negro podem ser bastante brilhantes à medida que os gases espiralam para dentro - desacelerados pela resistência dos campos magnéticos que carregam.

Devido ao atrito magnético, o gás é aquecido a enormes temperaturas de várias dezenas de bilhões de graus e começa a emitir radiação ultravioleta e de raios X.

Os elétrons ultraquentes que interagem com o campo magnético do gás começam a produzir intensa emissão de rádio. Assim, os buracos negros podem brilhar e podem ser cercados por um anel de fogo emitindo em diferentes comprimentos de onda.

Anel de fogo com um centro preto-preto

E, no entanto, bem no centro, o horizonte de eventos captura, como uma ave de rapina, cada fóton que se aproxima demais.

Como o espaço é curvado pela enorme massa do buraco negro, os caminhos da luz também são curvados e até formam círculos quase concêntricos ao redor do buraco negro, como serpentinas ao redor de um vale profundo. Este efeito de anel de luz foi calculado já em 1916 pelo renomado matemático David Hilbert, apenas alguns meses depois que Albert Einstein completou sua teoria geral da relatividade.

Depois de contornar o buraco negro muitas vezes, alguns dos raios de luz podem escapar, enquanto outros acabarão no horizonte de eventos. Neste intrincado caminho de luz, você pode literalmente olhar para um buraco negro. E o “nada” que aparecerá aos seus olhos será o horizonte de eventos.

Se você tirasse uma foto de um buraco negro, veria uma sombra negra cercada por uma névoa de luz brilhante. Chamamos esse recurso de sombra de um buraco negro.

Notavelmente, essa sombra parece ser maior do que seria de esperar se tomarmos o diâmetro do horizonte de eventos como ponto de partida. A razão é que o buraco negro age como uma lente gigante, amplificando-se.

Os arredores da sombra serão representados por um pequeno "anel de fótons" devido à luz que circula em torno do buraco negro quase para sempre. Além disso, você verá mais anéis de luz aparecendo perto do horizonte de eventos, mas se concentrando em torno da sombra do buraco negro devido ao efeito de lente.

Fantasia ou realidade?

Um buraco negro pode ser uma ficção real que só pode ser simulada em um computador? Ou pode ser visto na prática? Resposta: talvez.

Existem dois buracos negros supermassivos relativamente próximos no universo que são tão grandes e próximos que suas sombras podem ser capturadas usando tecnologia moderna.

No centro da nossa Via Láctea, existem buracos negros a 26.000 anos-luz de distância com uma massa de 4 milhões de vezes a do Sol, e um buraco negro na gigante galáxia elíptica M87 (Messier 87) com uma massa de 3-6 bilhões de massas solares.

Veja grão de mostarda em Nova York da Europa

Coincidentemente, teorias de radiação simples prevêem que, para ambos os objetos, a radiação gerada perto do horizonte de eventos irradiará em frequências de rádio de 230 Hz e acima.

A maioria de nós só encontra essas frequências quando temos que passar por um scanner em um aeroporto moderno. Buracos negros se banham neles o tempo todo.

Esta radiação tem um comprimento de onda muito curto - da ordem de um milímetro - que é facilmente absorvido pela água. Para que um telescópio observe as ondas cósmicas milimétricas, ele deve ser colocado no alto de uma montanha seca para evitar a absorção de radiação na troposfera terrestre.

Basicamente, precisamos de um telescópio milimétrico que possa ver um objeto do tamanho de uma semente de mostarda em Nova York de algum lugar na Holanda. Este telescópio será mil vezes mais nítido que o Telescópio Espacial Hubble e, para a onda milimétrica, tal telescópio seria do tamanho do Oceano Atlântico ou maior.

Telescópio virtual do tamanho da Terra

Felizmente, não precisamos cobrir a Terra com uma única antena de rádio, porque podemos construir um telescópio virtual com a mesma resolução combinando dados de telescópios em diferentes montanhas ao redor da Terra.

Esta técnica é chamada de síntese de abertura e interferometria básica muito longa (VLBI). A ideia é bastante antiga e comprovada há várias décadas, mas só agora tornou-se possível aplicá-la em altas frequências de rádio.

Os primeiros experimentos bem-sucedidos mostraram que as estruturas do horizonte de eventos podem ser exploradas em tais frequências. Agora, há tudo o que você precisa para realizar esse experimento em larga escala.

Obra já está em andamento

O projeto BlackHoleCam é um projeto europeu para finalmente visualizar, medir e entender os buracos negros astrofísicos. O projeto europeu faz parte de uma colaboração global - o consórcio Event Horizon Telescope, que inclui mais de 200 cientistas da Europa, Américas, Ásia e África. Juntos, eles querem tirar a primeira foto de um buraco negro.

Em abril de 2017, eles observaram o centro galáctico e M87 com oito telescópios em seis montanhas diferentes na Espanha, Arizona, Havaí, México, Chile e no Pólo Sul.

Todos os telescópios foram equipados com relógios atômicos precisos para sincronizar com precisão seus dados. Os cientistas registraram vários petabytes de dados brutos, graças às condições climáticas notavelmente boas em todo o mundo na época.

Foto de um buraco negro

Se os cientistas conseguirem ver o horizonte de eventos, saberão que os problemas que surgem na interseção da teoria quântica e da relatividade geral não são abstratos, mas muito reais. Talvez seja quando eles podem ser resolvidos.

Isso pode ser feito obtendo imagens mais claras das sombras dos buracos negros, ou rastreando estrelas e pulsares em seu caminho em torno de buracos negros, usando todos os métodos disponíveis para estudar esses objetos.

Talvez os buracos negros se tornem nossos laboratórios exóticos no futuro.

O termo "Black Hole" foi usado pela primeira vez em 1967 por John A. Wheeler. Este é o nome de uma área no espaço e no tempo com uma gravidade tão grande que nem mesmo os quanta de luz podem sair dela. O tamanho é determinado pelo raio gravitacional, e o limite de ação é chamado de horizonte de eventos.

Recursos do formulário

Idealmente, um buraco negro, desde que isolado, é uma região absolutamente negra do espaço. Como é realmente um buraco negro, ninguém sabe ainda, sabe-se apenas que não faz jus ao seu nome, pois é absolutamente invisível. Segundo os astrônomos, sua presença só pode ser determinada pelo brilho no horizonte de eventos. Isso acontece por dois motivos:

1. Nele caem partículas de matéria, cuja velocidade, à medida que se aproxima do ponto sem retorno, diminui. Eles criam uma imagem de uma nuvem difusa de gás e poeira, com uma densidade crescente no interior.

2. Os quanta de luz, passando perto do buraco negro, mudam sua trajetória. Essa distorção às vezes é tão grande que a luz a contorna várias vezes antes de entrar. Isso forma um anel de luz.

De acordo com as suposições dos astrônomos, a estrela que tudo consome não é de forma alguma disforme, mas parece um crescente. Isso ocorre porque o lado voltado para o observador, por razões cósmicas especiais, é sempre mais brilhante que o outro lado. O círculo escuro no centro do crescente é o buraco negro.

emergência

Existem dois cenários de ocorrência: forte compressão de uma estrela massiva, compressão do centro da galáxia ou do seu gás. Há também hipóteses de que eles foram formados após o Big Bang ou surgiram como resultado da liberação de uma enorme quantidade de energia em uma reação nuclear.

Tipos

Existem vários tipos principais: Supermassivo - muito crescido, muitas vezes localizado no centro das galáxias; Primário - supõe-se que possam aparecer com grandes desvios na uniformidade do campo gravitacional e densidade quando o Universo apareceu; Quantum - hipoteticamente surgem durante reações nucleares e têm dimensões microscópicas.

A vida de um buraco negro não é eterna

De acordo com a suposição de S. Hawking, é limitado a aproximadamente 10 ao 60º grau de anos. O buraco gradualmente "mais fino" e deixa para trás apenas partículas elementares.

Há uma suposição de que existe um antípoda - um buraco branco. Se tudo entrar no primeiro e não sair, é impossível entrar no segundo - ele só é liberado. De acordo com essa teoria, um buraco branco aparece por um curto período de tempo e decai, expelindo energia e matéria. Cientistas bastante sérios acreditam que assim se cria uma espécie de túnel, com a ajuda do qual se pode percorrer enormes distâncias.

O termo "Black Hole" foi usado pela primeira vez em 1967 por John A. Wheeler. Este é o nome de uma área no espaço e no tempo com uma gravidade tão grande que nem mesmo os quanta de luz podem sair dela. O tamanho é determinado pelo raio gravitacional, e o limite de ação é chamado de horizonte de eventos.

Recursos do formulário

Idealmente, um buraco negro, desde que isolado, é uma região absolutamente negra do espaço. Como é realmente um buraco negro, ninguém sabe ainda, sabe-se apenas que não faz jus ao seu nome, pois é absolutamente invisível. Segundo os astrônomos, sua presença só pode ser determinada pelo brilho no horizonte de eventos. Isso acontece por dois motivos:

1. Nele caem partículas de matéria, cuja velocidade, à medida que se aproxima do ponto sem retorno, diminui. Eles criam uma imagem de uma nuvem difusa de gás e poeira, com uma densidade crescente no interior.

2. Os quanta de luz, passando perto do buraco negro, mudam sua trajetória. Essa distorção às vezes é tão grande que a luz a contorna várias vezes antes de entrar. Isso forma um anel de luz.

De acordo com as suposições dos astrônomos, a estrela que tudo consome não é de forma alguma disforme, mas parece um crescente. Isso ocorre porque o lado voltado para o observador, por razões cósmicas especiais, é sempre mais brilhante que o outro lado. O círculo escuro no centro do crescente é o buraco negro.

emergência

Existem dois cenários de ocorrência: forte compressão de uma estrela massiva, compressão do centro da galáxia ou do seu gás. Há também hipóteses de que eles foram formados após o Big Bang ou surgiram como resultado da liberação de uma enorme quantidade de energia em uma reação nuclear.

Tipos

Existem vários tipos principais: Supermassivo - muito crescido, muitas vezes localizado no centro das galáxias; Primário - supõe-se que possam aparecer com grandes desvios na uniformidade do campo gravitacional e densidade quando o Universo apareceu; Quantum - hipoteticamente surgem durante reações nucleares e têm dimensões microscópicas.

A vida de um buraco negro não é eterna

De acordo com a suposição de S. Hawking, é limitado a aproximadamente 10 ao 60º grau de anos. O buraco gradualmente "mais fino" e deixa para trás apenas partículas elementares.

Há uma suposição de que existe um antípoda - um buraco branco. Se tudo entrar no primeiro e não sair, é impossível entrar no segundo - ele só é liberado. De acordo com essa teoria, um buraco branco aparece por um curto período de tempo e decai, expelindo energia e matéria. Cientistas bastante sérios acreditam que assim se cria uma espécie de túnel, com a ajuda do qual se pode percorrer enormes distâncias.

O termo "Black Hole" foi usado pela primeira vez em 1967 por John A. Wheeler. Este é o nome de uma área no espaço e no tempo com uma gravidade tão grande que nem mesmo os quanta de luz podem sair dela. O tamanho é determinado pelo raio gravitacional, e o limite de ação é chamado de horizonte de eventos.

Recursos do formulário

Idealmente, um buraco negro, desde que isolado, é uma região absolutamente negra do espaço. Como realmente se parece um buraco negro, ninguém sabe ainda, sabe-se apenas que não justifica seu nome, pois é absolutamente invisível. Segundo os astrônomos, sua presença só pode ser determinada pelo brilho no horizonte de eventos. Isso acontece por dois motivos:

Partículas de matéria caem nele, cuja velocidade, à medida que se aproxima do ponto sem retorno, diminui. Eles criam uma imagem de uma nuvem difusa de gás e poeira, com uma densidade crescente no interior.
Os quanta de luz, passando perto do buraco negro, mudam sua trajetória. Essa distorção às vezes é tão grande que a luz a contorna várias vezes antes de entrar. Isso forma um anel de luz.
De acordo com as suposições dos astrônomos, a estrela que tudo consome não é de forma alguma disforme, mas parece um crescente. Isso ocorre porque o lado voltado para o observador, por razões cósmicas especiais, é sempre mais brilhante que o outro lado. O círculo escuro no centro do crescente é o buraco negro.

emergência

Existem dois cenários de ocorrência: forte compressão de uma estrela massiva, compressão do centro da galáxia ou do seu gás. Há também hipóteses de que eles foram formados após o Big Bang ou surgiram como resultado da liberação de uma enorme quantidade de energia em uma reação nuclear.

Tipos

Existem vários tipos principais: Supermassivo - muito crescido, muitas vezes localizado no centro das galáxias; Primário - supõe-se que possam aparecer com grandes desvios na uniformidade do campo gravitacional e densidade quando o Universo apareceu; Quantum - hipoteticamente surgem durante reações nucleares e têm dimensões microscópicas.

A vida de um buraco negro não é eterna

De acordo com a suposição de S. Hawking, é limitado a aproximadamente 10 ao 60º grau de anos. O buraco gradualmente "mais fino" e deixa para trás apenas partículas elementares.

Há uma suposição de que existe um antípoda - um buraco branco. Se tudo entrar no primeiro e não sair, é impossível entrar no segundo - ele só é liberado. De acordo com essa teoria, um buraco branco aparece por um curto período de tempo e decai, expelindo energia e matéria. Cientistas bastante sérios acreditam que assim se cria uma espécie de túnel, com a ajuda do qual se pode percorrer enormes distâncias.