Buracos negros e a radiação hawking

Buracos Negros e a Radiação Hawking

Bárbara Cristine Dos Santos, nº 04

Júlia Franco Trombini, nº 14

1º ano do Ensino Médio, A.

Resumo

Este trabalho apresenta e descreve os Buracos Negros que são regiões espaciais com enorme força gravitacional. Visa explica de maneira simples o processo de formação e as características citando dois tipos de buracos: Buracos Negros Supermassivos e Buracos Negros Intermediários. Apresentando diversas fontes de estudo (universidades), interpretações de diferentes formas, teorias e por ultimo, porém não menos importante, o estudo da Radiação Hawking, teoria elaborada por Stephen Hawking quando se começa estudar Buracos Negros pela física quântica.

Palavras Chave: Buracos Negros, forças, gravitacional, física.

 

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Introdução

Os buracos negros são regiões espaciais com enorme força gravitacional. Eles nunca foram vistos pelos astrônomos, e os estudiosos só sabem que eles existem graças à atração que exercem sobre os corpos celestes. "Não é possível visualizá-lo porque é uma região onde a densidade de matéria é tão grande que nem a luz consegue escapar do seu campo gravitacional", explica Eduardo Serra Cypriano, professor do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (USP). Portanto, se não há luz em volta, não é possível enxergar nada. 

Os corpos celestes, quando "caem" em um buraco negro, emitem radiação, essa sim perceptível pelos aparelhos de observação astronômica. "No caso de uma estrela, o gás que a compõe espirala até cair no buraco negro, como água indo pelo ralo. Nesse processo, o gás se aquece muito e emite fótons. É essa emissão que detectamos", diz o professor.

Buracos negros

Como se formam:        

Os Buracos Negros se formam por meio da fase final de uma estrela. Quando uma grande estrela queima todo o seu combustível ela explode, e se transforma em uma supernova. O material que é deixado expande para baixo, em direção a um objeto extremamente denso conhecido como estrela de nêutrons.

Se a estrela de nêutrons é muito grande, as forças gravitacionais sobrecarregam os gradientes de pressão e o colapso não pode ser interrompido. A estrela de nêutrons continua se encolhendo, até finalmente se tornar um buraco negro.

Características:

Os buracos negros formados pelo colapso de estrelas são relativamente pequenos, mas incrivelmente densos. Como reúne três vezes ou mais a massa do Sol, leva uma quantidade louca de força gravitacional. Consomem o gás e a poeira das galáxias em torno deles, crescendo o seu tamanho.

De acordo com o Centro de Astrofísica de Harvard, a Via Láctea (galáxia do nosso sistema solar) contém centenas de milhões de buracos negros. Podemos citar dois tipos de buracos negros: Buracos Negros Supermassivos e Buracos Negros Intermediários.

Buracos Negros Supermassivos:

Existem pequenos buracos negros povoando o universo, mas os Buracos Negros Supermassivos dominam. Os Supermassivos são milhões ou até bilhões de vezes a massa do Sol, contendo um raio semelhante ao da estrela.

Os cientistas não estão certos como esses grandes buracos negros desovam, uma vez que formados reúnem facilmente poeira e gás em torno deles, material abundante no centro das galáxias. Permitindo-lhes crescer para tamanhos enormes.

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Os Buracos Negros Supermassivos podem ser resultado de centenas ou milhares de pequenos buracos negros que se fundem. Grandes nuvens de gás poderiam ser responsáveis também, em conjunto e colapso com as massas. E uma terceira teoria é um colapso de um aglomerado estrelar, um grupo de estrelas que caem todas juntas.

Buracos Negros Intermediários:

Os cientistas acreditavam que só existiam buracos negros de grande porte e pequeno porte, mas uma pesquisa recente revelou a possibilidade de buracos negros de médio porte, ou intermediários. Estes organismos podem se formar quando um grupo de estrelas se colide. Vários Buracos Negros Intermediários formados na mesma região podem cair no centro de uma galáxia, formando um Buraco Negro Supermassivo.

Em 2014, astrônomos descobriram o que parecia ser um buraco negro de massa intermediaria no braço de uma galáxia espiral.

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Teoria do Buraco Negro:

Apesar dos Buracos Negros serem extremamente enormes, eles cobrem uma pequena região do espaço. A massa e a gravidade faz com que eles tenham uma força gravitacional extremamente poderosa. Seguindo a lógica da física clássica, nada pode escapar de um buraco negro, nem mesmo a luz.

A forte atração cria um problema observacional, os cientistas não podem vê-los como as estrelas e outros objetos no espaço. Para estudar os buracos negros os cientistas devem contar com a radiação omitida e com o gás e a poeira que são atraídos por eles. Os Supermassivos encontrados no centro das galáxias são encontrados envoltos pela poeira e com uma massa de gás densa o que acaba bloqueando as emissões reveladoras.

Existe um evento cósmico denominado Horizonte de Eventos que é a fronteira em torno da boca do buraco negro que é onde a luz perde sua capacidade de escapar, e uma vez que alguma partícula cruza o Horizonte de Eventos ela não pode escapar. A gravidade é constante em torno desse evento.

O interior do buraco negro é onde reside a sua massa, e é considerado uma singularidade, pois é o único ponto no espaço-tempo onde a massa é concentrada.

Radiação Hawking

A Teoria da Radiação Hawking nasceu na década de 70 e foi elaborada pelo físico Stephen Hawking. Estudada com os conhecimentos da mecânica da física quântica, a teoria alega que o Buraco Negro pode emitir radiação e não será completamente invisível.

Sob a mecânica clássica da física, nada pode escapar de um buraco negro. Mas as coisas mudam por conta da mecânica quântica. De acordo com a mecânica quântica, para cada partícula existe uma antipartícula, uma partícula com a mesma massa e carga elétrica oposta. Quando eles se encontram pares da partícula e da antipartícula podem aniquilar um ao outro.

Se um par de partículas e antipartículas são criados fora do alcance do Horizonte de Eventos de um buraco negro, é possível ter uma parte atraída para o buraco negro e outra parte ejetada.  O resultado é que o Horizonte de Eventos é reduzido e o buraco negro pode decair.