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Buracos negros

Buracos negros. Versão original criada por Sal Khan.

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Transcrição de vídeo

RKA4MB - Nos últimos vídeos, nós vimos alguns destinos prováveis para estrelas. Nós vimos, por exemplo, que uma estrela como o Sol vai acabar, no final da sua vida, virando uma anã branca. E, na anã branca, o que impede... a força que impede a contração gravitacional de agir é a pressão degenerativa de elétrons. A pressão degenerativa de elétrons é a força que impede a estrela de encolher ainda mais. Ou seja, a estrela já encolheu tanto que os elétrons dos átomos que compõem a anã branca simplesmente não deixam mais que a atração gravitacional faça com que os átomos fiquem mais próximos, ou seja, é essa pressão degenerativa dos elétrons que mantém a estrela coesa e nesse formato de anã branca. E, em comparação, por exemplo, o tamanho de uma anã branca no final, quando já está no estágio de anã branca, depois da sequência principal, é mais ou menos o tamanho da Terra. Então, [é] só para dar uma noção de tamanho. Mas nós vimos também que existem outros tipos de estrela como, por exemplo, podem existir estrelas (e existem estrelas) com 9 a 20 vezes a massa do Sol. E vamos supor que, quando essa estrela chegue no seu estágio final de vida, aquele núcleo denso dela (aquele núcleo de ferro, níquel e quaisquer outros elementos mais pesados) tenha, mais ou menos, 1,5 a 3 vezes a massa do Sol. O que acontece é que essa estrela vai se transformar, esse núcleo que sobra se transforma na chamada estrela de nêutrons, em uma estrela de nêutrons. Vou só desenhar a estrela de nêutrons aqui. Ou melhor, eu vou fazer ainda menor porque a estrela de nêutrons é... isso é meio contraditório, na verdade, mas, quanto menor o objeto que eu for desenhar nesse vídeo, mais massivo, mais pesado ele é. Então, eu realmente vou fazer isso agora. Aqui, eu vou desenhar a estrela de nêutrons. Até vou fazer de azul. Vou desenhar uma estrela de nêutrons bem pequena aqui. Isso daqui seria, no caso, então, uma estrela de nêutrons. Então, aqui, é uma estrela de nêutrons. E, assim como no caso da anã branca, o que impede essa estrela de nêutrons de comprimir ainda mais, de diminuir ainda mais, por causa da atração gravitacional é a pressão degenerativa de nêutrons. Então, os nêutrons... antes eram os elétrons, só que, agora, a força de atração gravitacional consegue ganhar dessa força de elétrons, dessa pressão degenerativa de elétrons. Então, o que acontece é que, agora, o próximo limite são os nêutrons. Os nêutrons não deixam mais os átomos ficarem ainda mais próximos. Então, esse é o destino de uma estrela de 9 a 20 vezes a massa do Sol e que, no seu estágio final, tem um núcleo de 1,5 a 3 vezes a massa do Sol. Mas, agora, existe um caso interessantíssimo, em que vamos supor que a estrela, nas suas fases de sequência principal, tenha mais que 20 vezes a massa do Sol, e vamos supor que o restante dessa estrela, ou seja, o núcleo que sobrar dessa estrela... então, acho que eu vou botar: "restante".... o restante dessa estrela seja maior, tenha mais do que de 3 a 4 vezes a massa do Sol. O que acontece nesse caso? Bom, nesse caso, a pressão degenerativa de nêutrons não vai ser grande o suficiente para contrabalancear a atração gravitacional. Então, o que acontece realmente é que todo esse núcleo é contraído para um único ponto no espaço... vou desenhar um ponto aqui (não é o melhor desenho do ponto; ainda ficou muito grande comparado ao que deveria ser)... mas há um único ponto no espaço que os cientistas chamam de "singularidade". Então, vocês já podem estar pensando onde é que os buracos negros entram nessa história. E um buraco negro nada mais é do que a singularidade. A singularidade é o que fica dentro do buraco negro. Para vocês entenderem o quão bizarra é essa noção de singularidade, a singularidade tem uma massa definida, por exemplo, uma massa restante de 3 a 4 vezes a massa do Sol, só que ela fica tão comprimida, ela chega a um ponto de compressão em que toda aquela massa fica no exato mesmo ponto. Ou seja, a singularidade tem densidade infinita. E é realmente isso. Eu não estou brincando com vocês. A densidade de uma singularidade é infinita. E isso gera... isso acaba fazendo com que várias complicações, várias consequências, acabem ocorrendo. Por exemplo, existe uma área ao redor dessa singularidade... (deixe-me pegar outra cor)... existe uma área esférica ao redor dessa singularidade em que tudo o que passar dentro dessa área vai ficar para sempre aprisionado na singularidade. É aí que vem a parte em que a ficção científica gosta muito de usar o buraco negro: aquela ideia de que um buraco negro engole tudo, e nada consegue escapar. Não é bem verdade, porque vamos supor que um raio de luz... um fóton, vamos supor, esteja aqui, viajando nessa direção. Como ele não está dentro dessa área, que nós vamos chamar de horizonte de eventos, tudo o que estiver fora do horizonte de eventos ainda consegue escapar da atração gravitacional do buraco negro. Mas vamos supor que você seja, sei lá, um fóton e você acabe caindo dentro dessa área, dentro desse horizonte de eventos. Você não tem mais escapatória, você definitivamente cairá uma hora dentro da singularidade e você só contribuirá para que a massa da singularidade aumente. Este horizonte de eventos também é chamado de raio de Schwarzschild, em homenagem ao cientista que o calculou pela primeira vez. É interessante que a ideia de buraco negro não é uma ideia nova, mas a confirmação de que eles existem é uma coisa um tanto quanto recente. Logo quando Einstein fez a teoria da relatividade geral, um cientista que, no caso, é chamado de Schwarzschild (o cara que deu o nome ao raio de Schwarzschild) calculou uma possível esfera em que a atração gravitacional de um corpo é tão grande que a velocidade de escape tem que ser igual à velocidade da luz. Ou seja, você só consegue escapar de dentro do horizonte de eventos se você tiver uma velocidade maior do que a velocidade da luz. E isso, até onde a gente sabe, é impossível porque demanda energia infinita. Ok. Então, como a gente sabe que existem buracos negros? A gente não consegue detectar buracos negros diretamente porque, como o próprio nome sugere, os buracos negros são negros no sentido de que eles não emitem nenhum tipo de radiação eletromagnética ou qualquer outro tipo de forma de deixar a gente detectá-lo. Então, a gente só sabe que um buraco negro existe indiretamente. A gente analisa a atração gravitacional exercida por ele nos corpos que estão ao seu redor, e a gente consegue ver também quando existe algo nessas imagens aqui... essas imagens são representações artísticas de buracos negros... a gente consegue visualizar um buraco negro quando existe esse disco de poeira que fica ao redor dele, que é chamado de disco de acreção. Quanto mais perto do buraco negro... ah, outra coisa que eu quase ia esquecendo de falar: isso que vocês veem aqui, essa esfera preta que a gente vê aqui, não é o buraco negro em si. Isso aqui demarca o horizonte de eventos do buraco negro, essa região aqui em que tem que ter a velocidade maior do que a luz para escapar. Então, o que a gente acaba vendo aqui é o horizonte de eventos porque a gente não consegue ver a singularidade diretamente. Aqui dentro desse horizonte de eventos [é] que ficaria armazenada a nossa singularidade. Ok. Então, quanto mais próximo do horizonte de eventos esse disco de acreção vai chegando, mais luminoso ele fica, por causa do atrito entre os átomos que estão neste disco de acreção. Então, uma coisa até meio estranha ao primeiro modo de pensar é que os buracos negros, às vezes, a gente consegue detectá-los porque eles são muito brilhantes no céu. Mas esse brilho não vem deles; esse brilho vem do disco de acreção em volta deles. E esse disco de acreção é dado, por exemplo, quando o buraco negro se encontra perto de uma estrela. A estrela, ao contrário do que aparece nos filmes de ficção científica, não é engolida de uma vez pelo buraco negro. Mas, aos poucos, o gás que forma essa estrela, como vocês podem ver aqui, o gás que forma essa estrela vai sendo atraído até essa área, ele forma esse disco de acreção (que é a parte brilhante que a gente consegue ver), ele forma ali o disco de acreção, e, uma hora, essa matéria que está no disco vai, ou não, cair dentro do horizonte de eventos e ser sugada para dentro do buraco negro. Então, é isso basicamente o que é o buraco negro: é um lugar que guarda uma singularidade. E eu espero que nos nossos próximos vídeos a gente possa aprofundar mais essa ideia.