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A descoberta dos buracos negros representou uma fronteira para o entendimento fundamental das leis do Universo, desafiando nossa compreensão sobre a natureza do espaço-tempo, da gravidade e da matéria em suas condições mais extremas. Grandes nomes da Ciência — como Albert Einstein, Stephen Hawking, James Bardeen e Brandon Carter — contribuíram para o entendimento desses fascinantes objetos cósmicos.

No entanto, o salto tecnológico experimentado nos últimos 30 anos também abriu portas para a descoberta de detalhes que podem confirmar e aperfeiçoar algumas teorias já estabelecidas no estudo da Cosmologia ou até mesmo refutá-las. E com os buracos negros não seria diferente. Neste artigo, apresentaremos uma breve introdução do que são os buracos negros, como se formam e as últimas atualizações científicas.

O que são buracos negros?

Um buraco negro é uma região do espaço-tempo em que a gravidade é tão intensa que nada, nem mesmo a luz, pode escapar de sua atração. A existência de buracos negros foi prevista pela teoria da relatividade geral de Albert Einstein, em 1915, como uma solução extrema para a curvatura do espaço-tempo gerada por massas extremamente densas.

Buracos negros são cruciais para o estudo do Cosmos e da formação de suas estruturas. Eles estão ligados à evolução galáctica, ao comportamento de matéria escura e ao estudo de Universos paralelos por meio de soluções da relatividade geral. Suas características extremas também oferecem insights importantes para uma futura teoria quântica da gravidade, necessária para descrever adequadamente a física das singularidades.

Formação dos buracos negros

Imagem: Canva.

A formação de um buraco negro geralmente ocorre a partir da morte de uma estrela massiva. Quando uma estrela com pelo menos 8 vezes a massa do Sol exaure seu combustível nuclear, ela entra em colapso sob sua própria gravidade, culminando em uma explosão de supernova.

O núcleo restante — sem pressão interna suficiente para contrabalançar a força gravitacional — colapsa para um ponto de densidade infinita, conhecido como singularidade. A borda dessa região, chamada de horizonte de eventos, é o limite além do qual nada pode escapar.

Outro tipo importante de buraco negro é o buraco negro supermassivo, encontrado no centro de galáxias como a Via Láctea, sendo o Sagitário A* o buraco negro mais massivo já observado, ainda que seus parâmetros sejam menores do que os de outros buracos negros do tipo. As massas desses objetos são milhões a bilhões de vezes a massa do Sol e acredita-se que desempenhem um papel crucial na formação e evolução galáctica.

Propriedades e estrutura

Os buracos negros são definidos por três propriedades principais: massa, carga elétrica (se houver) e momento angular (ou rotação). Sua singularidade é envolta pelo horizonte de eventos, onde a gravidade se torna praticamente infinita. Qualquer matéria ou radiação que ultrapasse essa fronteira é perdida para sempre. O conceito de “singularidade” sugere um ponto onde as leis da Física, tal como as conhecemos, deixam de ser aplicáveis, criando desafios teóricos para a unificação da relatividade geral com a mecânica quântica.

Os buracos negros também podem apresentar discos de acreção, que são formados por material sendo puxado em direção ao horizonte de eventos. À medida que essa matéria se acelera, uma radiação intensa é emitida, possibilitando a observação indireta desses objetos.

Avanços científicos recentes

Imagem: Canva.

Nos últimos anos, as pesquisas sobre buracos negros avançaram de forma significativa. Um marco foi a primeira imagem direta de um buraco negro capturada pelo Event Horizon Telescope (EHT) em 2019, que mostrou a sombra do buraco negro supermassivo no centro da galáxia M87. Além disso, os observatórios de ondas gravitacionais como o LIGO e o Virgo detectaram múltiplas fusões de buracos negros, oferecendo uma nova forma de estudá-los.

Durante décadas, acreditava-se que buracos negros extremos — aqueles com a carga ou rotação máxima permitida por sua massa — não poderiam existir no Universo real. Esta hipótese foi formalizada em 1973 por Stephen Hawking, James Bardeen e Brandon Carter, que associaram as leis do comportamento dos buracos negros às leis da termodinâmica, sugerindo que a “gravidade de superfície” desses buracos não poderia atingir zero, e assim, impediria a formação de buracos negros extremos.

No entanto, dois matemáticos, Christoph Kehle e Ryan Unger, recentemente refutaram essa ideia, demonstrando que, em princípio, nada nas leis conhecidas da Física impede a formação de buracos negros extremos. Usando modelos matemáticos inovadores, eles mostraram que é possível transformar um buraco negro comum em um buraco negro extremo em um período finito, desafiando a “terceira lei” dos buracos negros proposta por Bardeen, Carter e Hawking.

Embora a existência de buracos negros extremos no Universo ainda não tenha sido comprovada, essa descoberta oferece novos insights sobre a relação entre a mecânica quântica e a relatividade geral, abrindo possibilidades para explorar buracos negros quase extremos, que são considerados mais comuns no cosmos. Essa pesquisa representa um avanço significativo tanto na matemática quanto na Física Teórica, ampliando nossa visão sobre os limites e possibilidades dos buracos negros.

* Muitas das informações e referências citadas neste artigo foram retiradas do extenso portfólio da World Scientific.

Sobre a World Scientific

Imagem: Dot.Lib / World Scientific.

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