Buracos Negros

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Buracos Negros

• Introdução à Astronomia
• Basílio Santiago
• Por Luiz Gabriel Bongiolo

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História

• - Em 1783, John Mitchel foi o primeiro a se
  perguntar o que aconteceria se uma estrela se
  tornasse tão massiva que a sua velocidade de
  escape fosse igual à velocidade da luz .
• - A questão ficou quase totalmente esquecida ate
  1916 quando o físico alemão Karl Schwarzschild
  encontrou a solução exata para a equação de
  Einstein referente às estrelas massivas. O
  próprio Einstein ficou abismado ao saber que
  Schwarzschild havida encontrado uma solução
  simples, elegante e exata e principalmente pela
  solução conter propriedades peculiares.
• - Em seu segundo artigo Karl Schwarzschild
  sugeriu a existencia de uma esfera mágica
  circundado a estrela massiva, com propriedades
  estranhas. A esfera magica era um ponto sem
  volta. Schwarzschild não sabia mas estava
  descobrindo o Horizonte de Eventos.
• -Schwarzschild rapidamente aplicou a solução a
  aproximações anteriores que havia feito a cerca
  da gravidade do sol e concluiu que se o sol fosse
  comprimido a um raio de 3km ele se tornaria uma
  estrela negra e colapsaria.

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• - Até então, a existência da esfera mágica não
  causava problemas visto que era impossível
  espremer o sol até 3 km, porém era teoricamente
  um desastre. Embora a teoria geral da
  relatividade fosse capaz de dar resultados
  brilhantes, como a curvatura da luz estelar a
  cerca do sol, a teoria não fazia nenhum sentido a
  medida que você se aproximasse da esfera mágica
  em si, onde a matemática sugeria que a gravidade
  tornava-se infinita.
• - Em 1932 George Lemaître, pai da teoria do
  Big-Bang, mostrou que a esfera mágica não era
  nenhuma singularidade onde a gravidade se tornava
  infinita era apenas uma ilusão matemática
  causada pela escolha de um conjunto infeliz de
  elementos matemáticos.
• -Em 1939 Einstein havia desistido da ideia de
  estrelas negras visto que elas não aconteceriam
  por processos naturais. Ironicamente no mesmo ano
  J. Robert Oppenheimer (que mais tarde construiria
  a bomba atômica) mostrou que um buraco negro
  poderia se formar a partir de uma estrela velha,
  massiva, que esgotou seu combustível nuclear e,
  por conseguinte, implode sob a força da
  gravidade. No entanto, este julgava que a
  propriedade era apenas uma sutileza nas equações
  da relatividade e abandonou a ideia. Os buracos
  negros caíram no esquecimento até à década de 60.

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• - Em 1963, entretanto, esta visão começou a
  mudar quando o matemático Roy Kerr encontrou uma
  solução que descrevia um buraco negro girando.
• - Por causa das estranhas propriedades dos
  buracos negros, até o início da década de 1990 a
  sua existência ainda era considerada ficção. A
  partir de modernos recursos os físicos começaram
  a observar várias centenas de buracos negros no
  espaço cósmico através de telescópios que medem
  emissores de raios X que vem de fontes estelares.
  Como os buracos negros são invisíveis, os
  astrônomos têm de usar meios indiretos para
  verificar a sua existência. Nas fotografias, eles
  tentar identificar o disco de acreção de gás
  rodopiante que circunda o buraco.

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Definição

• - Os Buracos Negros são corpos que não possuem
  mais pressão interna suficiente para produzir uma
  força para fora que contrabalance o peso de suas
  camadas externas, 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.

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Como se forma um Buraco Negro?

• - Uma estrela com cerca de 10 vezes a massa solar
  desenvolve-se durante cerca de 1 bilião de anos
  transformando hidrogénio em hélio através de
  reacções nucleares que ocorrem no núcleo.
• - Quando o combustível de hidrogénio se acaba, a
  estrela começa a colapsar sobre si mesma por não
  haver nada que sustenha a pressão da gravidade.
• - À medida que a estrela encolhe, a gravidade
  aumenta.
• Quando o raio da estrela for de 30 km a sua
  velocidade de escape torna-se superior à da luz e
  forma-se um buraco negro.

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Constituição de um Buraco Negro

• Na verdade o Buraco Negro em si não é visto pois
  as propriedades do objeto em si não o permitem. A
  identificação do buraco negro é feita a partir
  dos eventos que estão na sua volta retirados de
  imagens de satélites e captações de raios X. Suas
  características podem ser definidas da seguinte
  forma

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Horizonte de eventos

• - O horizonte de eventos fica no centro do disco
  de acreção, infelismente ele é pequeno demais
  para ser identificado por tecnologia atual.
• - Corresponde a fronteira do Buraco Negro. Tem
  este nome porque qualquer evento que ultrapasse
  em direçao ao buraco, não podera mais ser captado
  por um observador exterior. Consiste numa onda de
  luz que não cai no buraco mas também não consegue
  escapar, continuando a mover-se ao longo do raio
  de Schwarzschild.

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Disco de Acreção

• - Consiste na matéria que está a ser absorvida
  pelo buraco negro. Esta é atraída pela força da
  gravidade e forma um disco enquanto redemoinha
  para o buraco negro ( um pouco como a água num
  ralo de um lava-louças).
• - Usando as leis do movimento de Newton, os
  astrônomos podem calcular a massa do objeto
  central sabendo a velocidade das estrelas que
  orbitam ao redor. Se a massa do objeto central
  tem uma velocidade de escape igual à velocidade
  da luz, então nem a luz consegue escapar, o que
  proporciona a prova indireta da existência de um
  buraco negro.

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Jatos de gás

• -Nem todos os gases que caem em direção a um
  buraco negro atravessam o horizonte de eventos.
• -Alguns desviam-se do horizonte de eventos e são
  lançados na sua tangente com velocidades enormes
  e ejetados no espaço, formando dois longos jatos
  de gás que emanam dos pólos norte e sul do
  buraco.
• -Os jatos sao ejetados assim provavelmente porque
  as linhas do campo magnético da estrela em
  colapso, à medida que se torna mais intensas,
  concentram-se acima dos pólos.

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Categorias de Buracos Negros

• Os Buraco Negros são considerados entidades
  físicas relativamente simples pelo fato de
  podermos descrevê-los e classificá-los conhecendo
  somente três características suas massa,
  momentum angular (medida da sua rotação) e carga
  elétrica. De acordo com a massa, podemos
  classificar os buracos negros em dois tipos
  principais
• - Buracos Negros Estelares Originados a partir
  da evolução de estrelas massivas e portanto com
  massa da ordem das massas estelares. A gravidade
  esmaga uma estrela moribunda até que ela implode.
• - Buracos Negros Supermassivos - Estes são
  buracos negros de massa muito superior aos
  anteriores e podem chegar a atingir massas
  milhares de vezes superiores à do sol
  provavelmente formados quando o Universo era bem
  mais jovem a partir do colapso de gigantescas
  nuvens de gás ou de aglomerados com milhões de
  estrelas.

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Atualidades

• - Recentemente, um buraco negro foi
  definitivamente identificado no centro de nossa
  própria galáxia. Por infelicidade, nuvens de
  poeira obscureceram o centro galático não fosse
  por isso poderíamos ver da Terra uma imensa bola
  de fogo vindo da constelação de Sargitário. Seria
  um buraco negro massivo.

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• O próximo buraco negro galático mais perto de nós
  fica no centro da galáxia de Andrômeda, a galáxia
  mais próxima da Terra. Com cerca de 30 milhões de
  massas solares e raio de Schwarzschild de uns 90
  milhões de quilômetros. No centro de Andrômeda
  ficam no mínimo dois objetos massivos,
  provavelmente restos de uma galáxia anterior que
  foi devorada por Andrômeda há bilhões de anos.

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• - Uma das descobertas mais espetaculares sobre os
  buracos negros ocorreu quando o telescópio de
  raios X Chandra conseguiu espiar através de uma
  pequena brecha na poeira no espaço cósmico e
  observou um grupo de buracos negros perto da
  beira do universo visível. No todo, seiscentos
  buracos negros podiam ser vistos. Extrapolando a
  partir disso, os astrônomos estimam que existam
  pelo menos 300 milhões de buracos negros em todo
  o céu noturno.

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Bibliografias

• Site do Institudo de Física da Ufrgs.
  http//www.if.ufrgs.br/thaisa/bn/index.htmindice
  
• Livros
• -Stephen Hawking Uma Breve História do Tempo do
  Big Bang aos Buracos Negros.
• -Michu Kaku Mundos Paralelos.