A teoria dos Buracos Negros é suficientemente vasta e interessante para um tema de todo um curso, por isso tentarei apresentar este tema de uma maneira muito sintética.
Os Buracos Negros são a personificação da força da gravidade em todo o seu poder, além percorrerem a nossa mente quando se menciona o seu nome. Estas ideias não são genuínas do século XX. Em 1783, Jonh Mitchell, cem anos após a teoria da gravitação universal ser apresentada por Newton, apresentou um trabalho em que referia a possível existência de "estrelas negras" com uma atração poderosa a que nem a luz poderia escapar. Mas o nome buraco negro foi introduzido pela primeira vez pelo físico Jonh Wheeler. Este nome é um pouco exagerado para descrever um objeto muito peculiar.
Um buraco negro é essencialmente uma região compacta do espaço que divide este em dois domínios distintos do ponto de vista da comunicação: um domínio externo que pode transmitir informação – matéria, radiação ou energia – e um domínio interno que pode receber essa informação, mas que não pode em caso algum reenviá-la para o exterior.
A teoria da relatividade geral de Einstein escreve novas equações para descrever a gravidade. O espaço e o tempo estão interligados e formam uma nova identidade: o espaço — tempo, algo que corpos maciços têm a capacidade de curvar nas suas vizinhanças. Algum tempo mais tarde o físico Karl Schwarzschild encontrou uma solução nessas equações que descrevem o campo gravítacional na região de um corpo maciço. Essa solução não depende das características do objeto, mas apenas da sua massa. A solução é um pouco peculiar pois: descreve um comportamento estranho nas vizinhanças do corpo em questão. O Raio de Schwarzschild – R = 2GM/c^2 (G é a constante gravitacional, M a massa do corpo e c a velocidade da luz) representa o tamanho para o qual a velocidade de escape de um objeto é igual a velocidade da luz.
Numerosos físicos concluíram que o raio de Schwarzschild corresponde exatamente ao raio da superfície crítica. Assim, num corpo particularmente denso, esta fronteira delimita, em um astro, a região de onde nem matéria nem a luz poderão escapar do seu interior, por outras palavras, o chamado Buraco Negro.
Os Buracos Negros apenas encontram justificação teórica na Relatividade Geral de Einstein. São objetos relativistas que constituem de alguma maneira a última etapa da matéria. Um observador que vigie vários relógios que se encontram no campo gravitacional de um Buraco Negro verificará que os relógios se atrasam à medida que se aproximam do horizonte de eventos. Se por alguma razão hipotética algum se posicionar no horizonte de eventos então o relógio parará. Mas se os buracos negros são invisíveis como poderemos identificá-los? Telescópios espaciais que orbitam em torno da Terra detectaram importantes fontes de raios X provenientes de estrelas. No entanto estudos mais pormenorizados indicam-nos que as fontes de Raios X não são estrelas, mas objetos invisíveis muito perto delas. Há motivos para crer que estes objetos são na realidade Buracos Negros que orbitam as estrelas em causa. O campo gravitacional do Buraco Negro é tão intenso que suga grandes quantidades de matéria gasosa da sua companheira. As partículas quando se aproximam do Buraco Negro aumentam a sua velocidade e colidem entre si tornando o gás excepcionalmente quente. Perto do Buraco negro a temperatura pode atingir 1 milhão de graus irradiando um intenso fluxo de Raios X.
Em anos recentes muitas evidências observacionais de buracos negros surgiram. Ou seja, corpos ou situações compatíveis com a ideia do que chamamos Buraco Negro. Outro tipo de estrela de interesse que mostrou evidências de sua existência recentemente são as chamas anãs marrons, que basicamente são estrelas que não conseguiram juntar massa suficiente para iniciar um processo de fusão nuclear, que a levasse a brilhar na faixa do espectro visível.
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