John Wheeler, o guru dos Físicos Relativistas

“Oxalá, um dia…encontremos a ideia central por trás de tudo isso… E será tão simples, tão bonita, tão convincente, que então logo diremos… – Sim, por que haveria de ser de outra forma!…Como pudemos, esse tempo todo, não enxergá-la!”………(John Wheeler)

John Wheeler (1911-2008)

John Wheeler (1911-2008)

John Archibald Wheeler foi um físico teórico notável. Um dos últimos a convivet cientificamente com Albert Einstein, tendo procurado prosseguir o seu sonho da construção de uma… ‘teoria do campo unificado. Recordemos suas palavras em 1962:

“Campos e partículas são estranhas entidades imersas em geometria – ou… não são nada além de geometria? Não há nada no mundo além de espaços curvos vazios. Matéria, carga, eletromagnetismo, campos… — são só expressões da curvatura espacial. Física é geometria!”

A forma como conclui esta frase… ‘a física é geometria‘, é um testemunho das ideias que o levaram a envolver-se com Charles Misner… e outros colegas – num projeto de geometrização da física, designado ‘Geometrodinâmica’, que se identifica com a visão física de Albert Einstein…e sua teoria da gravitação — a ‘Teoria da Relatividade Geral’.

Colapsando em ‘buracos negros’

John Wheeler é conhecido por ter sido o físico que difundiu o termo ‘buraco negro‘ para definir o estágio final de colapso de estrelas de grande massa (superior a 3 massas solares), do qual nem mesmo a luz pode escapar. Antes de Wheeler ter criado a designação, dizia-se que o colapso gravitacional de uma estrela dava origem, ao que se denominava… estrelas congeladas (“frozen stars”)…expressão especialmente popular entre a comunidade dos físicos soviéticos, liderados por Yakov B. Zeldovich.

Inicialmente…Wheeler não acreditava na possibilidade do colapso gravitacional de uma estrela dar origem a esses estranhos objetos… estrelas mortas com densidade tão grande, que em seu centro, o espaço se tornava infinitamente curvo. – Nesses pontos singulares, todas as leis físicas são violadas – e, por isso, nada se conserva…

Após o colapso…apesar de toda massa desaparecer na singularidade, tanto o campo gravitacional, quanto a curvatura do espaçotempo… permanecem atuando indefinidamente. – No caso mais simples de um buraco negro com simetria esférica, após o colapso, fica um campo gravítico estático e eterno.

A princípio, Wheeler resistiu a esta conclusão, apresentada em 1939… – por aquele que seria mais tarde, o seu chefe no Projeto Manhattan, J. Robert Oppenheimer.

Aliás, a recusa de Wheeler em aceitar – nessa época, as ideias de Oppenheimer… – não é de surpreender… O próprio Einstein… nesse ano mesmo (1939)… escreveu um artigo tentando demonstrar a impossibilidade de uma estrela colapsar ao ponto de atingir um raio igual ou inferior… ao dito ‘raio de Schwarzschild   (2Gm/c²)    que define a dimensão de um buraco negro de massa m    onde G é a constante gravitacional, e c… a velocidade da luz. Mas, aí… — Einstein estava errado.

Mais tarde, em 1958, em uma conferência na Bélgica, Wheeler manteve forte discussão com Oppenheimer, por considerar que a teoria do colapso não poderia estar certa, pois “não dá uma resposta aceitável” para o destino da matéria da estrela. Para ele, não era razoável que as leis da física conduzissem a uma singularidade, onde essas próprias leis eram violadas. Em suma, para Wheeler isso significaria que a aplicação da física levaria       à sua autodestruição.

Esse mesmo raciocínio esteve na origem da recusa de outros grandes físicos teóricos… como A. Eddington e L. Landau, em aceitar a ideia de um colapso gravitacional completo.

O surgimento relativístico

John Wheeler começou sua vida científica como físico nuclear – tendo estudado com Niels Bohr em Copenhagen, Dinamarca. Quando Bohr chegou aos Estados Unidos em 1939 e lhe confidenciou que cientistas alemães tinham obtido a cisão dos átomos de urânio…Wheeler se dispôs, imediatamente, a trabalhar no assunto com Bohr… e, dentro de poucas semanas tinham arquitetado um esboço de uma teoria de como funcionava a fissão nuclear.

Nos anos seguintes Wheeler iria trabalhar na construção das primeiras bombas atômicas na equipa liderada por Oppenheimer. E, após o lançamento das bombas em Hiroshima e Nagasaki, Wheeler aceitou colaborar na pesquisa que conduziria à bomba de hidrogênio,  já depois de Oppenheimer ter se desligado do projeto — horrorizado com o resultado do lançamento das bombas atômicas.

É é só em 1952 que Wheeler começa a se voltar para a teoria da gravitação de Einstein, não muito popular nessa altura – pois a grande maioria dos físicos estava empenhada nas aplicações da Mecânica Quântica… — à Física Atômica e Molecular — à Física Nuclear, e às teorias Quânticas de Campo… – Recorde-se que a teoria da Eletrodinâmica Quântica, por exemplo, tinha sido desenvolvida, no final dos anos 40, pelo físico japonês Tomonaga, e pelos americanos Julian Schwinger e Richard Feynman, este último um antigo aluno de John Wheeler.

Einstein e Wheeler em Princeton - 1954

Einstein e Wheeler em Princeton – 1954

Ao promover o estudo da ‘Relatividade Geral’, Wheeler terá um papel importante durante os anos 60 no ressurgimento desta teoria, criada  por Einstein em 1915.

Nesses mesmos anos 60… Dennis Sciama, na Universidade de Cambridge, Hermann Bondi, em Londres… e, Yakov Borisovich Zeeldovich, Moscou, muito contribuiriam neste propósito.

É claro que este renascimento foi suscitado – naturalmente…por importantes incrementos teóricos iniciados nos anos 60 … assim como pelas reveladoras observações astronômicas, que se verificaram no mesmo período. Recordo aqui os principais…A 9 de Março de 1960, o corpo editorial da Physical Review Letters recebe o artigo de Pound e Rebka, intitulado “O Peso Aparente dos Fótons“…  —  O artigo descreve a 1ª medida laboratorial bem sucedida da mudança de frequência da luz, por influência do campo gravítico da Terra.

Alguns meses mais tarde, no número de Junho de 1960 da revista Annals of Physics surge um artigo assinado pelo físico-matemático inglês Roger Penrose…intituladoTratamento Spinorial da Relatividade Geral”.

Embora se tratasse de um artigo com um formalismo matemático pesado, delineava uma técnica de cálculo extremamente elegante para resolver alguns problemas de relatividade geral. Este foi um dos 1ºs passos no sentido de tornar mais simples…muitos dos morosos, e complexos cálculos relativísticos.

‘Quasares’… abrindo horizontes

Ainda em 1960… – têm início as observações levadas a cabo pelos astrônomos americanos Thomas Mathews e Allan Sandage, com o telescópio de 200 polegadas do Monte Palomar, da fonte de rádio 3C48… Estavam interessados em estudar a radiação visível emitida por esta fonte e, para isso, tiraram uma chapa fotográfica da zona do céu no entorno da 3C48.

Esperavam encontrar um enxame de galáxias com a localização da fonte de rádio, mas não foi isso que observaram… A análise da chapa fotográfica parecia indicar que o objeto afinal tinha as dimensões de uma estrela… – mas, não era uma estrela vulgar – pelo menos, nada comparável a qualquer estrela conhecida. O seu espectro tinha cores bastante invulgares, e apresentava grandes e rápidas variações de brilho.

Era, portanto, uma fonte de rádio  –  que parecia do tipo “estelar” … (apesar das estrelas ordinárias não serem fontes intensas de rádio); mas que, pelo tipo e variabilidade do seu espectro não parecia ser exatamente uma estrela. Daí que fosse designada fonte de rádio quase estelar… ou, quasar (abreviando).

A descoberta dos quasares catapultou a relatividade geral imediatamente para a fronteira da astronomia.

Foram – a seguir… encontrados objetos semelhantes, como o 3C273. E, em 1963 Martin Schmidt do Observatório Monte Wilson descobriu que riscas de emissão espectrais do ‘3C273’ apresentavam um deslocamento de 16% — no sentido dos maiores comprimentos de onda.

Para o 3C48 – foi medido posteriormente um deslocamento para vermelho ainda maior, da ordem dos 30%. Com efeito, os grandes deslocamentos para o vermelho dos espectros dos quasares, mostram que eles se afastam de nós com grandes velocidades; cerca de 30% da velocidade da luz…no caso do 3C48… o que corresponde uma distância da ordem de 6 bilhões de anos-luz.

Estando os quasares tão distantes, seria de se esperar que fossem objetos com fraco brilho. Mas – pelo contrário – os quasares são objetos extremamente brilhantes – tanto na parte visível…como na de ondas de rádio do espectro. – Portanto, a sua luminosidade intrínseca deve ser enorme… O 3C48 é cerca de 100 vezes mais luminoso que a nossa galáxia. Qual a origem de uma fonte tão poderosa? Como se explicam suas rápidas variações de brilho?

Astrofísica Relativística

À escala cósmica, a gravidade é a interação dominante, por isso é provável que a resposta a estas perguntas esteja na existência de ‘campos gravitacionais extraordinariamente fortes, o que pode implicar concentrações imensas de massa…  —  talvez, com milhões de massas solares — confinadas a uma região do espaço que não deve ultrapassar 1 hora-luz… (cerca do diâmetro da órbita de Júpiter).

A descoberta dos quasares deu origem à criação de uma nova área da física. Em Dezembro de 1963 – em Dallas / EUA… teve lugar o 1º simpósio sobre esta nova disciplina designada Astrofísica Relativística…Para esta conferência foram convidados astrônomos, físicos e matemáticos, de modo a proporcionar um debate amplo, capaz de reunir as experiências e conhecimentos diversificados destas 3 áreas do saber. (Um dos temas aí discutidos, foi a chamada solução de Kerr, que hoje sabemos descrever um buraco negro em rotação.)

Porém… só foi possível que a comunidade científica aceitasse a ideia de colapso gravitacional associado ao buraco negro, depois de uma outra descoberta. – No final de 1967…os astrônomos Jocelyn Bell, e Anthony Hewish descobriram um novo tipo de estrela…que chamaram pulsar, devido à emissão regular de impulsos de ondas… em ‘radiofrequência’.

Pulsares são estrelas muito compactas… tão densas que seus diâmetros não ultrapassam algumas dezenas de quilômetros…e, podem girar muitas vezes em um único segundo. A compactação destas estrelas é tão grande — que destrói os seus próprios átomos… — os reduzindo a um… ‘plasma de neutrons‘.

Estas “estrelas de neutrons” parecem estar na iminência…de um espetacular acidente catastrófico. – A gravidade à superfície da estrela é tão grande que se uma estrela de neutrons tiver massa maior que 3 massas solares — será incapaz de encontrar uma estrutura de equilíbrio — colapsando em uma fração de segundo.

A explicação deste intrigante fenômeno reside na violenta curvatura do espaço… – que traduz a crescente intensidade da gravidade numa estrela em colapso. À medida que o raio da estrela se reduz…a curvatura do espaço à superfície da estrela rapidamente se torna suficientemente forte para encurvar os raios luminosos – e retê-los em torno da estrela.

Quando nem a própria luz consegue escapar ao campo gravítico da estrela — esta se transforma num verdadeiro buraco negro no espaço. No interior do buraco negro, a matéria continua a ser inexoravelmente atraída para o centro do buraco…nenhuma força do Universo parece ser capaz de parar este processo de colapso.

j.wheeler

‘Gran Finale’

Interessante constatar que é precisamente em 1967… que Wheeler assume definitivamente o conceito de buraco negro, com tudo o que isso implica… Embora seja justo recordar que pelo menos desde 1965…  —  ele já trabalhava nas consequências do colapso gravitacional…nos trabalhos desenvolvidos com Kip Thorne… B. Harrison e M. Wakano.

Há muito mais a dizer sobre as contribuições de John Wheeler para a física teórica – mas é hora de terminar esta homenagem…à memória deste grande físico… lembrando do livro – considerado por muitos, a Bíblia dos relativistas…

Gravitation”,  escrito em colaboração com 2 dos seus antigos alunos… Charles Misner, e Kip Thorne… em 1973, é sem dúvida um dos livros de maior influência na formação dos relativistas nos últimos 35 anos… — e,  “A Journey into Gravity and Spacetime”  de 1990, o grande livro didático, que o grande público da língua portuguesa ainda aguarda (urgentemente) uma tradução. **** Paulo Crawford  (‘texto base’) **** Abril de 2008.

fontes p/consulta:  ‘O eclipse que confirmou Einstein’  #  ‘Wheeler e a física no Brasil’  *********************************************************************************** No cosmos… – não apenas o futuro está indeterminado – como também o passado…Ao mergulhamos no tempo em busca de nossa origem (Big Bang ou flutuação primordial), nossas observações selecionam uma entre as muitas histórias quânticas possíveis para   o universo. De acordo com a mecânica quântica – o universo parece emergir como um lugar interativo ao extremo…pelo menos em seus níveis fundamentais. (John Wheeler)

O espírito inquieto de John Wheeler se credita a uma profunda reflexão sobre o papel do observador na mecânica quântica – incluindo aí, a ideia de uma “criação coevolutiva” do universo e da consciência…(às vezes encontrada em suas referências aos escritos da filosofia hindu); e também na (premonitória) especulação filosófica de situar na ‘teoria da informação‘ as raízes das leis físico (quânticas)…Mesmo atormentado pelo desafio     da mente em compreender toda complexidade do universo Wheeler crê na capacidade humana para descobrir seus segredos… E, demonstra isso…com suas próprias palavras:

“Embora em alguns casos, sejam os computadores que decidam pelo sim ou não…é a partir de uma pequena porção que cada partícula, cada campo de força, o espaço-tempo em si… cria sua função, seu significado, sua própria existência”.

Este “pequeno”… que simboliza a ideia de que cada elemento do mundo físico – muito profundamente – na maioria dos casos… – é uma fonte intangível, chamada realidade,   que surge da análise do sim ou não, registrados em sistemas computacionais… ou seja, todas coisas físicas se originam – num universo participativo, da teoria da informação.

Nós ainda vivemos na infância da humanidade – todos as abordagens científicas sobre a vida… – biologia molecular, DNA, cosmologia… estão começando a florescer… — Somos apenas crianças procurando respostas…e, quanto maior a ‘ilha do conhecimento’, maior   as margens de nossa ignorância……………………(john-wheeler – biographies)………………. ####################(texto complementar)#########################

bn

Os “cabelos” dos buracos negros são uma metáfora para conexões que o objeto estabeleceria com o espaço ao seu redor e com o Universo como um todo.

Buraco Negro (cabeludo) 

Um buraco negro é um conceito simples e claro … por pior que possa ser o trocadilho. Pelo menos de acordo com a hipótese de Roy Kerr…que, em 1963, propôs um modelo ‘limpodo buraco negro, que é o atual paradigma teórico. 

Da teoria para a realidade – contudo… as coisas podem ser bem diferentes. Particularmente, os buracos negros podem ser muito mais  “sujos”     do que se acreditava.

De acordo com o modelo tradicional, os buracos negros são definidos por apenas 2 grandezas…a massa e o momento angular (a velocidade de rotação do buraco negro). 

Assim que uma estrela de massa elevada implode no final do seu ciclo de vida…toda a sua memória     é perdida para sempre… – Tudo o que resta é um buraco negro tranquilo…  praticamente isento de qualquer característica distintiva – todos os buracos negros – massa e momento angular postos de lado – seriam praticamente iguais.

Porém, de acordo com um grupo de cientistas liderado por Thomas Sotiriou, da Escola Internacional de Estudos Avançados, na Itália, as coisas não são exatamente assim…“Os buracos negros, de acordo com nossos cálculos, podem ter cabelos”, explica ele… – ao se referir a uma declaração bem conhecida do físico John Wheeler, de que “buracos negros não têm cabelos“…  —  considerando que nada escaparia de seu horizonte de eventos.

“Embora o ‘modelo careca’ de Kerr seja consistente com a Relatividade Geral, ele pode não ser compatível com algumas extensões conhecidas da teoria de Einstein, chamadas teorias tensor-escalar” acrescenta Sotiriou…  –  Isso significa que qualquer cabeleireiro de buraco negro que seja detectada colocaria lacunas na relatividade…conforme ela é entendida hoje pelos físicos. 

“É por isso que fizemos uma série de novos cálculos que nos permitiram focar na matéria que normalmente envolve buracos negros realistas…aqueles observados por astrofísicos. Esta matéria obriga o buraco negro puro e simples – da hipótese de Kerr, a desenvolver uma nova ‘carga’ (o cabelo, como a chamamos), que o ancora à matéria circundante e, provavelmente, a todo o universo,” explica Sotiriou.

A confirmação experimental desta nova hipótese, pode vir a partir das observações com interferômetros – instrumentos que seriam capazes de registrar as ondas gravitacionais

“Conforme nossos cálculos, o crescimento do cabelo em buracos negros vem acompanhado pela emissão de ondas gravitacionais específicas…No futuro, registros por instrumentos poderão desafiar o modelo de Kerr…ampliando nosso conhecimento das origens da gravidade” concluiu. texto base (2013) **********************************************************************

A HISTÓRIA DO UNIVERSO E AS LEIS DA FÍSICA / Orkut…dez/2006

Tempo universal

A descrição que a ‘relatividade geral’ dá…para o universo ‘homogêneo e isotrópico em expansão, em termos de “coordenadas comóveis” … isto é, usando-se coordenadas – em relação às quais a matéria (em escala cosmológica) … se encontra em repouso … – contém um “tempo universal”, isto é… um tempo que é independente do local.

É em termos desse tempo que expressamos a idade do universo. Assim…qualquer ponto de uma seção espacial — possui a mesma idade.

Leis da física

O que são leis físicas?..Conjunto de equações matemáticas que descrevem fenômenos. Se derivarmos parcialmente as leis, encontraremos várias equações matemáticas – isto é, as leias físicas resultam da integração de várias destas equações.

Se pensarmos que antes de existirmos… já existiam átomos, matéria… o universo já havia evoluído… já existia gravidade… e, que a própria evolução seguiu uma linha, que pode ser descrita matematicamente… chegaremos à conclusão que – não fomos nós que criamos a matemática…esta que nos criou – pois os fenômenos são independentes de observadores, vários deles. Então, já existe algo que os rege – e, que só não é conhecido…porque não há complexidade em um ser suficiente para descrevê-los.

E, se a matemática rege tudo…como as leis físicas são um conjunto               de equações… – são elas que ditam a história (caótica) do universo.

Gravidade e unificação

Cesar – Já se tem a união teórica da força eletromagnética com a força fraca…(força eletrofraca)… e se tenta a unificação da força forte com a eletrofraca (GUT)  —  para posterior ajustamento com a gravidade. Mas então, simetricamente, por que não se poderia pensar na vinculação da força forte (nuclear) com a gravidade? — Sabemos             que a gravidade é a mais fraca de todas as forças … mas isso não poderia ter sido causado pela ‘diluição’ da expansão inflacionária?…

Diego – Quanto a unificação se dar primeiramente nas forças de escala atômica… é exatamente porque elas que se interagem primeiramente. Na escala mencionada, a gravidade não faz nada… – enquanto a eletromagnética, forte e fraca…agem juntas.         Logo, deve-se primeiramente unir estas 3 forças – antes da gravidade.

A inflação trouxe muitas consequências ao espaçotempo, “esgarçou” muito ele, mas não saberia fazer um entendimento disso … e suas consequências — em relação à gravidade. **********************************************************************************

turbilhão

Por dentro do Turbilhão 

A ‘teoria da relatividade geral’ de Einstein previu “buracos negros (termo designado pelo físico John Wheeler na década de 60) como corpos tão densos, que causariam uma enorme deformação no espaçotempo     à sua volta, criando um ‘poço gravitacional’ tão profundo que qualquer objeto que nele caísse se pulverizaria no esquecimento.

Fugir de um BN só seria possível para quem estivesse fora do domínio de sua fronteira invisível – chamada ‘horizonte de eventos’.   Para os que nele penetrassem, espaço e tempo deixariam de existir, dando lugar a um   ‘beco sem saída’ matemático, denominado ‘singularidade’.

Ao descrever a exótica natureza desses corpos celestes, Wheeler identificou   3 características fundamentais… – massa, carga, e momento angular.

Porém, em termos termodinâmicos, uma questão se sobressaía. – Embora ninguém possa afirmar, com absoluta certeza… – que o universo seja um sistema fechado, razoavelmente, de acordo com a 2ª lei da termodinâmica… – pode-se esperar que sua quantidade total de desordem (entropia) não diminua… No entanto, segundo Wheeler, seria possível enganar esta 2 lei, canalizando o material desordenado para dentro de um ‘buraco negro’… Estes, assim…inverteriam o sentido termodinâmico…diminuindo a entropia total do universo.

A propósito – em 1972, o físico Jacob Bekenstein, em vez de contornar a termodinâmica, resolveu estendê-la – igualando a entropia de um BN à área de seu horizonte de eventos. Dessa maneira… — a soma total da entropia da matéria com a do BN, nunca diminuiria; preservando, portanto, a 2ª lei termodinâmica.

Desse modo…Bekenstein demonstrou que a área do BN serve como limite superior para a quantidade máxima de informação que o BN pode armazenar, e que é inacessível a tudo o que está do seu lado de fora. – Podemos, então, pensar na informação como uma maneira de codificar os estados de todas partículas e forças; como um conjunto mínimo de valores necessários para descrever as propriedades de todas as partículas sub-atômicas dentro de um objeto – inclusive a forma como estas interagem umas com as outras…

À medida que o BN engole matéria, suas informações tornam-se indisponíveis, e sua área se expande. – Desse modo…a acumulação e destruição da informação no BN se manifesta como seu crescimento. – Por outro lado… Stephen Hawking…ao aplicar a mecânica quântica, deu uma nova solução a este problema … pela famosa ‘radiação       de Hawking’. Por ela, o BN perderia massa gradualmente…por meio do processo de ‘tunelamento quântico’ — das partículas/antipartículas virtuais do ‘vácuo quântico’.

O ‘princípio holográfico’ supõe que os exteriores das regiões espaciais de um ‘BN‘, ou   do universo como um todo…incorporam a ‘informação‘ contida em seus interiores – ao codificá-la sobre sua ‘superfície espacial‘ (para os BNs…seuhorizonte de eventos‘). O conteúdo máximo de informação do BN portanto, é proporcional à sua área de superfície,   e não ao seu volume. Este princípio aplicado à cosmologia, sugere que todas informações sobre o universo estão contidas no seu ‘horizonte observável’.

Como… – por definição – é impossível ver mais longe do que o observável… em certo sentido… – o espaço para além do horizonte cosmológico é um pouco como o interior     de um ‘buraco negro’… (trechos do livro “Fronteiras do Universo”…de Paul Halpern) ********************************************************************************

Na boca de um “buraco negro”

Nos últimos anos telescópios terrestres e espaciais confirmaram a existência de “buracos negros” — objetos dotados de atração gravitacional tão intensa … que nenhuma matéria escapa deles …  nem mesmo a luz.

Os mecanismos pelos quais absorvem tudo o que passa perto… tornaram-se menos ‘misteriosos’ com um trabalho realizado no “Instituto de Física“…da ‘Universidade Federal do Rio Grande   do Sul’ (UFRGS). A coordenadora do estudo, Thaisa Storchi-Bergmann… assim comentou:

”Estamos testemunhando um buraco negro do centro de                                     uma galáxia (NGC 1097) devorar matéria ao seu redor”.

A equipe de Thaisa reconstituiu o que se passa no centro da galáxia espiral NGC 1097, a 60 milhões de anos-luz da Terra. E confirmou: existe lá um buraco negro supermassivo, com massa equivalente a pelo menos 1 milhão de sóis – formado…provavelmente… pelo colapso de nuvens de gás… ou de aglomerados estelares… com milhões de estrelas.

Já que um buraco negro não pode ser detetado diretamente (apenas por seus efeitos sobre objetos próximos), o grupo centrou o foco na luz emitida pelo “disco de acreção” – nuvem achatada em forma de espesso anel de plasma (prótons e elétrons) e hidrogênio… que gira ao redor do poderoso ‘aspirador de matéria‘…A partir das informações colhidas, a equipe visualizou os processos de nascimento, evolução e morte do disco de gás… que ocupa uma área equivalente ao dobro da órbita da Terra em torno do Sol…com um diâmetro próximo a 300 milhões de kms. Cálculos preliminares indicam que a cada segundo o ‘buraco negro’ traga cerca de 100 quatrilhões de toneladas de gás do disco – ou duas Terras por dia.

Ao que tudo indica, o disco de gás surgiu quando uma ‘estrela’ chegou muito perto do buraco negro…e foi capturada por ele. A estrela, a seguir, foi desmanchada pela ação da “força de maré” do buraco negro.

Essa força age com intensidade diferente nas várias partes de um corpo… atraindo o lado próximo – com maior intensidade do que o mais distante.

Desmanchada a estrela…restou uma nuvem de gás, que formou um disco         ao redor do buraco negro.

Em 1991, quando começou a investigar a emissão de luz do núcleo dessa galáxia… Thaisa encontrou o quadro típico de uma captura de estrela relativamente recente. Ela observou   a emissão da região externa do disco formado a partir da estrela capturada na linha Hα –   a linha de emissão de energia mais intensa do átomo de hidrogênio… – e constatou que o gás girava a 10 mil quilômetros por segundo (km/s). Então, concluiu…essa velocidade do gás só poderia ocorrer em um disco em torno a um buraco negro que tivesse a massa de 1 milhão de sóis… – Nascia assim…a hipótese que seria confirmada nos dez anos seguintes.

Thaisa mostrou que ocorre um aquecimento das regiões centrais do disco, que começam a emitir radiação de alta energia – como raios X, num processo que dura pelo menos alguns séculos. A parte interna do disco é mais quente que as periféricas devido à fricção entre as partículas atômicas … a temperatura interna pode chegar a milhões de graus Celsius (ºC), enquanto na periferia, de onde saem emissões de luz na linha Hα, é de cerca de 10 mil ºC.

O interior do disco se expande devido à alta temperatura…e cria uma estrutura toroidal, em forma de rosca … em volta do horizonte de eventos… – superfície imaginária … que define a fronteira além da qual – nem a luz escapa. Essa estrutura emite fótons que, ao bater nas partes externas do disco, excitam o hidrogênio e produzem a emissão do tipo H-alfa, acompanhada desde 1991.

“O futuro da matéria do disco é espiralar até ultrapassar o horizonte de eventos, e cair no buraco negro” — revelou Thaisa.

A matéria do disco, formada basicamente de prótons e elétrons…na parte interna, e átomos de hidrogênio – na externa… – se divide ao chegar a esse limite… metade é engolida pelo buraco negro; e metade expelida da parte interna sob a forma de jatos… – cuja emissão é capturada em “ondas de rádio”.

Assim, o disco se desfaz lentamente até desaparecer, num momento estimado para daqui a mil anos, no mínimo – como disse Thaisa…“É a primeira vez que presenciamos a captura de matéria numa região central de uma galáxia de maneira bem clara”... Esse fenômeno ocorre numa galáxia, em média, a cada 10 mil anos.

A conversão de matéria em energia…por meio da absorção por um buraco negro…tem uma eficiência muito maior do que as reações nucleares nas estrelas… – 10% da massa engolida é convertida em energia – enquanto em reações nucleares, o limite é 0,7%. Essa conversão pode explicar a grande emissão de energia em núcleos galáticos ativos…como a NGC 1097.

Mas esse não é o fim da história…À medida que o buraco negro se alimenta de mais e mais matéria, amplia-se o horizonte de eventos, cujo raio mede hoje, cerca de 3 milhões de kms, ou 2 centésimos da distância entre Terra e Sol. Nesse espaço há uma massa equivalente a 1 milhão de sóis, que Thaisa havia calculado em 1997. Capturando estrelas individuais, o BN poderia até mesmo dobrar de tamanho…mas muito lentamente – daqui a 1 bilhão de anos.

A definição do processo de emissão de luz do disco da NGC 1097 foi o “sucesso” da equipe. Eles converteram o comprimento de onda da luz em velocidade do gás — construindo um gráfico com uma linha de 2 picos –- um para a velocidade máxima de aproximação da luz em relação à Terra, outro para a máxima de afastamento. Tecnicamente é o perfil de pico duplo da linha de emissão H-alfa, também chamado de “assinatura cinemática” do disco, demonstra a existência do “disco de acreção“… — e das transformações por que passa.

Thaisa consegue ver a emissão de ‘H-alfa’ que chega da parte mais externa e fria do disco…Ao longo dos anos, entretanto, ela percebeu a emissão migrar…para regiões girando a velocidades cada vez maiores…

Como o disco apresenta um movimento kepleriano (assim como os planetas), as regiões mais internas e próximas do BN central movem-se em velocidade maior que a das bordas.

O deslocamento do foco de emissão de luz ocorre porque…perdendo energia, a parte interna esfria…de modo que a radiação já não é tão intensa e atinge distâncias cada vez menores.

Em 1991, a luz emitida pelas partes mais externas do disco tinha uma velocidade de 3 mil km/s… – só um centésimo da velocidade da luz. – Já no início deste ano, como a fonte de fótons foi ficando mais fraca, e atingiu menores distâncias no disco…foi possível registrar   a luz que vinha de partes mais internas…com velocidade de 6 mil km/s. Estima-se que na borda interna do disco emissor de Hα… a velocidade das partículas chegue a 15 mil km/s, enquanto à beira do buraco negro as partículas girem a 300 mil km/s (velocidade da luz).

O fato de termos encontrado velocidades tão altas – é sinal da presença de uma estrutura supermassiva no centro da galáxia. As velocidades máximas registradas para os discos de gás em rotação no centro de galáxias sem buracos negros, são de apenas 250 a 300 km/s. Velocidades de rotação da ordem das detetadas, de milhares de quilômetros por segundo, só podem ser produzidas pela interação com milhões… — ou bilhões … de massas solares concentradas em um lugar muito pequeno…ou seja, um buraco negro supermassivo.

Com 1 milhão de massas solares, o buraco negro da NGC 1097 impressiona, mas não é dos maiores já encontrados…Físicos que trabalham com o ‘Chandra‘… telescópio de raios x da NASA relataram a descoberta de uma estrutura bem mais massiva…um buraco negro com cerca de 10 bilhões de massas solares no centro de quasares (‘galáxias em formação’) mais distantes já encontrados… a 13 bilhões de anos-luz da Terra.

Acredita-se que os ‘buracos negros’ tenham se formado junto com as próprias galáxias, uma vez que a massa estimada para eles… – a partir das observações do ‘Hubble’… – é proporcional aos ‘bojos’ (‘região esférica central’) de suas galáxias…Ainda não existem indícios de um ‘disco de acreção’ no centro da Via-Láctea. Talvez não exista lá matéria suficiente sendo engolida pelo BN para formar um disco. – Mas o quadro pode mudar,   se uma estrela for capturada, ocorrendo algo parecido com o que se assiste hoje numa galáxia tão distante como a NGC 1097. ******* (texto base) **** (MAIO 2002) *******

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Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979... (s/ diploma)
Esse post foi publicado em cosmologia, física e marcado , . Guardar link permanente.

Uma resposta para John Wheeler, o guru dos Físicos Relativistas

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