‘Buraco-Negro’ – o Motor mais eficiente do Universo

“Buracos negros são as máquinas mais eficientes em todo o universo… A energia liberada pela matéria que cai neles é expelida sob a forma de jatos de partículas, viajando perto da velocidade da luz. E, embora ainda não se saiba ao certo quais os mecanismos envolvidos na produção desses jatos — a ideia é que as linhas do campo magnético interagem…de tal modo… — que funcionam como se fossem a ‘tira elástica’ de um gigantesco…’estilingue‘, arremessando para fora… – a matéria que entra em sua direção.  (Christopher Reynolds)

ChandraO impacto ambiental dos ‘buracos negros’ é talvez…um conceito distante e esotérico, mas os astrônomos Christopher Reynolds e Steve Allen … usaram recentes dados do ‘Observatório de Raios-X Chandra/NASA’ para estimar – diretamente…sua eficácia.  Seus cálculos mostram…que estes são…a princípio… os mais eficientes motores de combustão universal, com altíssima fração da energia consumida, convertida em trabalho.  E Steve Allen…Instituto de Astrofísica e Cosmologia da Universidade de Stanford, explica:

“Assim como nos carros… – é fundamental conhecer sobre a ‘eficácia de combustão’ dos BNs. Sem essa informação, não sabemos o que se passa        sob o ‘capô‘, por assim dizer… ou, o que o ‘motor‘ é capaz de produzir”.

Allen e colegas utilizaram o telescópio Chandra de Raios X da NASA para analisar 9 BNs supermassivos encontrados no centro de galáxias elípticas relativamente próximas, entre 50 a 400 milhões de anos-luz de distância… Pensava-se que esses buracos negros, apesar de possuírem até 3 bilhões de vezes a massa do Sol fossem relativamente tranquilos, com geração bem menor de radiação do que os ‘quasares‘…apesar de bastante combustível à disposição. As novas descobertas do Chandra revelam, no entanto, que a maior parte da energia liberada pela matéria caindo para um BN supermassivo, se encontra na forma de jatos de alta energia – viajando a uma velocidade próxima à da luz – para fora do buraco.

“Esse é um passo importante na compreensão de como esses jatos                 podem ser lançados – a partir de ‘discos de gás magnetizados’…à           beira do “horizonte de eventos” de um buraco negro”…disse Allen.    

Quasares” são corpos celestes jovens e luminosos, da família dos “buracos negros“, que emitem uma luz intensa…à medida que devoram matéria. Costumava-se acreditar que no  centro de enormes galáxias elípticas, fossem menos poderosos, ejetando a maior parte da matéria antes de conseguir consumi-la. Mas agora, com os dados coletados do ‘Chandra‘, os astrônomos Allen… da Universidade de Stanford – e Reynolds… da Universidade de Maryland… – EUA…revelaram que tais buracos negros são tão ativos quanto os quasares.

A eficiência dos buracos negros foi estimada em 2 etapas. – Inicialmente, foram utilizadas imagens do “Chandra”…para estimar quanto combustível existiria – na região interior das galáxias – para alimentar os ‘jatos’ dos buracos negros. – A seguir…as deformações no gás galático foram empregadas para avaliar a energia necessária para produzi-lasA surpresa veio quando o Chandra revelou que…apesar da matéria no entorno dos BNs emitir pouca luzou raios X, impulsionava jatos de partículas em alta energia, a até 90% da velocidade da luz, abrindo cavidades…e criando enormes… “bolhas”… no anel de gás quente ao redor.

Ao observar diretamente essas ‘bolhas’, e a quantidade total de gás disponível, foi possível determinar o ‘grau de eficácia’ em que esses       motores galáticos transformam matéria em energia. Uma quantia       ínfima de ‘combustível‘ … – gera ‘jatos‘ de extraordinário poder.

Enquanto parte do gás inicialmente puxado para os buracos negros é simplesmente desintegrado pela atividade energética do disco de acreção, uma fração significativa eventualmente se aproxima do ‘horizonte de eventos’…Neste ponto, o buraco negro converte este combustível…com altíssima eficiência…em poderosos jatos, lançando matéria a velocidades relativísticas… – Conforme, em detalhes, assim explica Allen:

“No lançamento dos jatos, em termos relativísticos (E = mc²), os BNs convertem…em energia… 2,5% da massa de repouso do gás atraído”.

Todos buracos negros – jovens ou não, são muito eficientes na produção de energia;  nunca parecendo perder seu rendimentoapenas colocando energia para fora — de diferentes formas, em diferentes fases. Dessa forma, compreender o funcionamento        dos buracos negros tem implicações importantes na explicação da evolução galática.      Isto porque, como mostra o estudo…a energia transferida por jatos do buraco negro,      para o gás quente – pode impedir seu resfriamento – evitando assim que bilhões de      novas estrelas se formem. Por esse mecanismo … limites rigorosos são colocados na          taxa de crescimento das maiores galáxias impedindo sua desordenada expansão.

“Esses buracos negros são muito eficientes…mas também leva um tempão para reabastecê-los, vários milhões de anos, na verdade”… comentou Allen… “Porém,               se um carro tivesse a mesma eficiência…faria 1 bilhão de kms… – com apenas 4         litros de gasolina“… retrucou Reynolds. # (texto base) (2006) consulta (2014)  ***************************************************************************

Buracos negros proporcionam o ritmo no coração das Galáxias                          “O criador do universo nada mais é do que o processo aleatório e estatístico                        de sua própria auto-organização“… (Lee Smolin… ‘A Vida do Cosmos’)

Galáxia M84 X-ray: NASA/CXC/MPE/A.Finoguenov, et al; Radio: NSF/NRAO/VLA/ESO/R.A.Laing, et al; Optical: SDSS

Galáxia M84 – X-ray: NASA/CXC/MPE/ – Radio: NSF/NRAO/VLA/ESO – Optical: SDSS

Esta imagem composta mostra uma enorme galáxia elítica, no aglomerado de Virgem (M84), cerca de 55 milhões de anos-luz da Terra. O gás quente do entorno está em azul … na imagem do Observatório de Raios-X ‘Chandra’…e numa radiofoto do “Very Large Array” surge vermelho; enquanto na imagem de fundo do ‘Sloan Digital Sky Survey’  é observada… – em amarelo e branco. Poderosos ‘buracos negros’ no centro de galáxias massivas, atuam tal como ‘corações’ do sistema – bombeando a intervalos regulares… — energia para forae assim ordenando seu próprio crescimento bem como a formação estelar segundo dados em Raios-X.

Buracos negros supermassivos com massas de mais de 1 bilhão de sóis foram detetados    no centro de grandes galáxias. A matéria que cai neles…provoca esporádicas rajadas de energia…Estas explosões fazem os “superBNs” capazes de influenciar o destino de suas próprias “galáxias anfitriãs”…A nova pesquisa mostra que estes BNs podem bombear a energia de uma forma mais suave e rítmica. Os cientistas além de observar, simularam como o buraco negro central da galáxia elíptica M84 envia ao espaço bolhas de plasma quente, aquecendo o espaço interestelar. Supõe-se que isso reduza tanto a formação de novas estrelas, quanto o crescimento do próprio BN, ajudando na estabilidade galática.   Gases interestelares só se aglutinam em novas estrelas quando o gás é frio o suficiente, sendo o aquecimento mais eficientenos locais onde é mais necessário. O físico Alexis Finoguenov da Universidade de Maryland e Instituto Max-Planck, chega a comparar o buraco negro central, com um músculo cardíaco: “Assim como nosso coração bombeia periodicamente nossos sistemas circulatórios para nos manter vivos os ‘superBNs‘ oferecem às galáxias, um componente quentevital para manter seu frágil equilíbrio”.

Esta descoberta ajuda a explicar um antigo paradoxo de décadas…o da existência de grandes quantidades de gás quente em torno de certas galáxias, fazendo-as aparecer brilhante ao Observatório de Raios-X Chandra. Por décadas os astrônomos ficaram intrigados com a presença do gás quente ao redor desses objetos …  Se esperava que           o gás esfriasse, para formar um monte de estrelas… – como assim explicou Mateusz Ruszkowski professor de Astronomia da ‘Michigan University’: “Agora temos direta evidência de que o mecanismo de aquecimento dos ‘buracos negros’ – é persistente, produzindo calor suficiente para reduzir significativamente a formação estelar. Tais ‘bolhas de plasma‘, se devem a ininterruptas explosões periódicas de energia…de      modo que evidências diretas para tal comportamento, não são fácil de se encontrar”.

As bolhas se formam, uma dentro da outra, por uma espécie de “efeito boneca-russa” inusitado. Uma dessas “bolhas de plasma quente” parecia estar estourando, espalhando seu conteúdo… e contribuindo ainda mais… para o aquecimento do gás interestelar ao redor… — como explicou  Christine J. Forman — astrofísica do Harvard-Smithsonian Center…Gás caótico em galáxias remotas — é visto com frequência em imagens do ‘Observatório de Raios-X Chandra’mas, é realmente impressionante a “evidência” dessa atividade persistente…vinda do buraco negro“.  

Cientistas da Universidade de Michigan – do Instituto Max-Planck… – da Universidade de Maryland … do Centro Harvard-Smithsonian      de Astrofísica…e, Universidade Jacobs (GER) contribuíram no trabalho. ‘texto base’ (2008) ***********************************************************************************

tunel-do-tempo

“Buracos Negros” (uma radiografia)          

Buracos negros são alguns dos mais estranhos e fascinantes objetosencontradas no espaço. Retratados em filmes e programas de TV … na maioria das vezes… – como portais para outra dimensão – ou… ‘aspiradores de pó’ cósmicos, sugando tudo ao seu alcance, os equívocos em torno deles são muitos, e muito bem variados.

Na realidade, ‘buracos negros’ se formam quando no final do seu ciclo de vida, estrelas de grande massa colapsam…explodindo em supernovas…Estes BNs relativamente pequenos, podem representar uma ‘semente’ para o desenvolvimento dos “buracos negros gigantes”, encontrados no centro das galáxias…que crescem absorvendo gás, estrelase outros BNs.  Se pudéssemos comprimir o Sol até um raio de 3 km, uns 4 milionésimos de seu tamanho atual, o converteríamos num “buraco negro“. Para que a Terra tivesse o mesmo destino, teríamos que a comprimir em um raio de 9 mm ou, 1 bilionésimo de seu tamanho atual.

Para um BN de massa solar, a densidade se aproximaria dos 10e¹9 kg     por metro cúbico… – muito maior da que se dá em um núcleo atômico.   Essa é a maior densidade que se pode criar, por colapso gravitacional,       no universo atual… Um corpo mais leve que o Sol resistiria ao colapso,     pois a repulsão quântica entre partículas subatômicas, o estabilizaria.

Sendo buracos negros incrivelmente massivos – graças à relação entre massa e gravidade, possuem uma força gravitacional extremamente poderosa. Praticamente nada escapa deles – sob os termos da física clássica, até mesmo a luz é aprisionada por um BN.  Essa forte atração, porém, cria um problema de observação quando se trata de ‘buracos negros’ — os pesquisadores não podem vê-los, como veem estrelas, e outros objetos no espaço. Só podendo observá-los pela radiação emitida da poeira e gás… – quando atraídos pelos BNs.

Os mistérios de Cygnus X1

Com uma estrela, e um buraco negro de massa estelar … o BN Cygnus X-1descoberto em 1972… se encontra na constelação do Cisne… na Via LácteaEm 3 artigos publicados na edição de dezembro da revista… ‘Astrophysical Journal’, Mark Reid e Lijun Gou…do “Centro Harvard-Smithsonian”… – e Jerry Orosz, Universidade San Diego …ao estudarem este ‘sistema binário’, relataram o olhar mais profundo em um… “buraco negro“… – jamais visto até hoje.

Buracos negros estelares são menores e mais comum do que seus parentes supermassivos.  Enquanto os maiores buracos negros tendem a ser encontrados nos centros galáticos – os ‘buracos negros de massa estelar’  estão espalhados por todos os lados… – Sendo que…na Via Láctea – apesar da provável existência de algumas centenas de milhões deles… apenas alguns – atualmente… estão sendo individualmente estudados. – Esforçando-se para uma melhor compreensão desses ‘BNs estelares‘…astrônomos miraram seus telescópios para o sistema duplo estelar Cygnus X1…pioneiro nesse tipo de descoberta. – O empenho valeu a pena…fornecendo um conhecimento mais detalhado sobre sua massa e rotação – além de sua distância relativa ao Sol… – ‘Informações‘ estas, que ajudarão na atualização da nossa noção sobre buracos negros…incluindo aí – a possibilidade de indícios sobre sua evolução.

Sendo a gravidade dos BNs tão forte, que dele não escapam emissões luminosas…torna-se um desafio determinar suas principais informações… massa, rotação, e carga elétrica. Porém – desses parâmetros…nenhum poderia ser definido – até que medições precisas da distância de Cygnus X-1 fossem obtidas. – Estimativas anteriores tinham calculado…entre 5.800 e 7.800 anos-luz. Mas, como disse Lijun Gou… – “Se a estimativa da distância é tão grosseira – a… ‘velocidade de rotação‘… – poderia ser qualquer uma”… – Portanto…antes que astrônomos pudessem começar suas medições – eles precisavam determinar… o quão longe se encontra o sistema.

Usando oGrande Arranjo Baseline… um sistema de radiotelescópios que vai desde o Havaí até as Ilhas Virgens, a equipe calculou a distância mais precisa de Cygnus X-1. Eles encontraram que o BN está…a cerca de 6.070 anos-luz do Sol. – Em seguida, chegaram à conclusão que o objeto estava  se movendo muito lentamente através da Via Láctea… – a uns 15 Km/seg.

Os cientistas então…vasculharam por 2 décadas de dados do Observatório de Raios X Chandra, dos satélites RXTE e ASCA (também em raios X)…e medições em luz visível. Combinações desses dados lhes permitiram calcular que o ‘BN’ de Cygnus X-1 é quase       15 vezes mais massivo que o Sol…tornando-se assim, um dos maiores ‘buracos negros estelares’ da Via Láctea… – A partir daí então os astrônomos calcularam que o buraco negro gira mais de 800 vezes por segundo, à quase metade da velocidade da luz. – De acordo com Orosz, o seu rápido giro…combinado com sua lentidão através da galáxia,       dá dicas sobre a sua origem…pois, segundo o cientista…“Saber que o buraco negro foi formado com rotação relativamente alta ajuda a restringir modelos de supernova – e/        /ou colapso estelar”. A alta velocidade de rotação provavelmente seria produto de sua formação. – Ao mesmo tempo, se Cygnus X-1 tivesse origem em uma explosão estelar        tipo supernova, a força da explosão teria dado um empurrão que lhe proporcionaria    uma viagem mais rápida…ao longo da Via Láctea. Um trabalho publicado há décadas, sugere que o BN foi produzido por uma ‘implosão estelar’ – após uma estrela massiva colapsar num processo de supernova…No entanto, o buraco negro Cygnus X-1 parece        ter nascido de uma morte estelar relativamente tranquila. — Conforme explica Orosz:

“Neste caso não há o salto central, criador da grande onda de choque, que gera uma supernova. Assim, um colapso linear poderia ser um evento relativamente suave,    como visto a grandes distânciasEssa transição permitiria a Cygnus X-1 reter sua              massa e energia… — o que não acontece com a maior parte dosburacos negros estelares‘…durante suas mortes extremamente violentas”. ( ‘texto base’ Nov/2011) ******************************************************************************

Os vários tipos (e tamanhos)

a) Buracos negros estelares  

Quando uma estrela queima até o último de seu combustível … ela pode entrar em colapso. Para estrelas menores, até cerca de 3 massas solares,  o  novo núcleo será uma estrela de neutrons… ou anã branca. Mas quando uma estrela maior entra em colapso, ela continua caindo sobre si, até criar um buraco negro estelar… – Os buracos negros formados pelo colapso de estrelas individuais são relativamente pequenos… – no entanto…incrivelmente densos. Tal objeto comprime de 3 ou mais massas solares ao tamanho médio de uma cidade. Isto leva a uma quantidade de força gravitacional incrível – atraindo objetos ao seu redor. – Dessa forma, os BNs consomem gás e poeira da galáxia em torno deles… e assim, crescem em tamanho.

b) Buracos negros intermediários

Físicos pensavam que buracos negros só existissem em tamanhos pequenos ou grandes… porém, pesquisas recentes têm revelado a possibilidade dos BNs intermediários. — Estes poderiam se formar, por exemplo… quando estrelas em um aglomerado colidissem numa reação em cadeia. Vários deles, contudo, ao se formarem numa mesma região, poderiam, eventualmente, se juntar no centro de uma galáxia, se tornando um BN supermassivo.

sgra_swarm_sources

Os círculos vermelhos na imagem do Observatório de Raios-X Chandra identificam um grupo de dezenas de buracos negros membros de sistemas binários. Com massa de 5 a 30 vezes a massa solar, se aglomeram num raio de cerca de 3 anos-luz ao redor do centro da Via Láctea, onde vive o buraco negro supermassivo Sagittarius A* (Sgr A*). Os círculos amarelos indicam fontes de raios-X que provavelmente são estrelas de neutrons, ou estrelas do tipo anã branca em sistemas binários. Sozinho, os BNs seriam invisíveis, mas como parte de um sistema binário eles agregam material da sua estrela companheira e geram raios-X.

c) Buracos negros supermassivos

São os pequenos “buracos negros”… – que povoam o universo, mas os supermassivos, dominamBuracos negros supermassivos  são milhões… ou até bilhões de vezes mais massivos que o sol…mesmo tendo um raio semelhante ao de uma estrela padrão. – É bem provável que se encontrem no centro de todas galáxias… incluindo a Via Láctea.

BNs supermassivos podem ser o resultado de centenas… — ou milhares de pequenos buracos negros que se fundem. – Grandes nuvens de gás ‘auto-colapsantes‘ também poderiam ser as responsáveis… – Uma 3ª opção, seria o colapso de um ‘aglomerado estelar’ – grupo de estrelas, em que todas colapsem juntas. — Ainda não se sabe, ao certo, como nascem esses superBNs, mas uma vez formados… – devem ‘facilmente’ crescer…a partir da poeira e gás ao redor; material abundante nos centros galáticos.

Através de imagens longínquas em raios X do ‘Telescópio Chandra‘ encontrou-se ‘indícios diretos’ da abundância de ‘BNs’ supermassivos no ‘universo primordial’. Ficou assim confirmado que…boa parte das galáxias primordiais, mais remotas, contém tais buracos negros…crescendo de forma muito rápida — ‘co-evoluindo’ dentro das “protogaláxias hospedeiras.

Esse ‘crescimento acelerado’ significa que os buracos negros detetados pelo Chandra são versões menos extremas dos ‘quasares‘. — As fontes de raios X agora detetadas são mais fracas cerca    de 100 vezes…tendo estes BNs massa mil vezes menor. – Extrapolando tais resultados, a partir da pequena área observada para o  céu inteiro – haveria pelo menos    30 milhões de buracos negros supermassivos no início do universo… Isto é 10 mil vezes superior ao número de ‘quasares’ até agora estimado para o…”universo primordial“.

buraco-negro-empoeirado

Esta concepção artística mostra os arredores do buraco negro supermassivo que se encontra no coração da galáxia ativa NGC 3783, a partir de observações da poeira acima e abaixo do disco de acreção – realizadas pelo ‘Very Large Telescope’. publicação: “Astrophysical Journal” 20/06/2013 [ESO/M. Kornmesser]

d) Quasares

São BNs supermassivos… mergulhados no centro de grandes galáxias, envoltos por um ambiente caótico…formado por espessa nuvem de poeira e gás no seu entorno…(“disco de acreção“) … o qual bloquearia suas ‘emissões energéticas‘.  Mas, algumas vezes… quando “matéria gasosa” é atraída pelo ‘buraco negro‘… ricocheteia para fora dohorizonte de eventos” – sendo arremessada, em vez de puxada ao centro.Jatos brilhantescom velocidades próximas à da luz são então observados a grandes distâncias, embora o ‘superBN’ continue invisível.

e) Micro-buracos negros primordiais (teóricos)                                                                  Não pode haver buraco negro menor que este, segundo as                                                      “equações da gravidade”… – Pesa muitíssimo mais que uma                                                      ‘partícula elementar’ – com um tamanho muitíssimo menor.                                             

O colapso estelar não é a única maneira de se criar BNs (ao menos teoricamente). No início dos anos 70…  Stephen Hawking  –  da Cambridge University… e Bernard Carr  investigaram um mecanismo para gerar “BNs primordiais” no ‘universo primitivo’.

À medida que o espaço se expande, a densidade média de matéria diminui. Foi, portanto, muito maior no passado – até a ponto de exceder os níveis nucleares, durante o primeiro microssegundo após o ‘Big Bang’ As leis conhecidas da física permitem uma densidade de matéria de até 10e97 kg /metro cúbico (‘densidade de Planck’) segundo a qual, a força da ‘gravidade’ seria tanta que ‘flutuações quânticas’ romperiam o ‘espaçotempo’, criando BNs de apenas 10e-³5 metros (comprimento de Planck)com massa de 10e-8 kg (massa de Planck). À medida que a densidade cósmica diminuía, se formavam buracos negros primordiais cada vez mais pesados. Qualquer um pesando 10e¹² kilogramas seria menor que um próton. Porémalém dessa massa, os BNs teriam tamanhos próprios de objetos que nos são familiares. — Os formados à época que a densidade cósmica coincidia com a densidade nuclear – teriam massa comparável ao Sol – sendo portanto “macroscópicos”.  

‘Horizonte de eventos’… ‘singularidade’… &… ‘Radiação Hawking’

Ohorizonte de eventos” de um BN é o limite entorno de sua ‘garganta’, de onde a luz não pode mais escapar. A gravidade, no entanto… a atravessa constantemente. Por outro lado, na região interna do BN … – o ponto do espaçotempo onde se concentra toda sua massa… é suasingularidade… – De acordo com a Física clássica nada pode escapar de um buraco negro. Contudo, as coisas mudam ligeiramente quando a mecânica quântica é adicionada na equação. Sob sua influência, para qualquer ‘partícula’ existe uma ‘antipartícula‘ com mesma massa, mas carga elétrica oposta. Ao se encontrarem…aniquilam-se mutuamente.  Se um par partícula/antipartícula é criado à beira do ‘horizonte de eventos‘ de um BN…é possível que um deles neste seja absorvido – e o outro ejetado. O resultado é que o horizonte de eventos do buraco negro se reduz por…”decaimentodo BN… – processo que não está na mecânica clássica, e pelo qual suas equações ainda estão sendo apuradas.

Curiosidades sobre BNs

  • O conceito atual de buraco negro vem de equações gerais da teoria da relatividade         de Einstein (1916). O termo foi batizado em 1967 pelo físico teórico John Wheeler.
  • Buracos negros não “sugam”… Sucção é causada por  puxar alguma coisa para um vácuo, o que o massivo buraco negro, definitivamente não é; em vez disso, objetos caem para dentro deles.
  • O primeiro objeto considerado um buracos negro foi Cygnus X-1. Foguetes carregando contadores Geiger detetaram 8 fontes de raios X. Em 1971, radioemissões de Cygnus X-1 foram detetadas… o identificando  –  a princípio  –  como um buraco negro (estelar).
  • Micro buracos negros podem ter se formado logo após o Big Bang… – A incrivelmente rápida expansão do espaço pode ter espremido algumas regiões em pequenos buracos negros, com massa menor que o sol.
  • Os astrônomos estimam a existência de, entre 10 milhões a 1 bilhão de                     BNs estelares, com massas… cerca de 3 vezes a do Sol — na Via Láctea.
  • O menor buraco negro descoberto até hoje tem um raio de cerca de 15 km.                   Um buraco negro estelar médio..com cerca de 10 massas solares, tem raio                     de 30 km, enquanto um buraco negro grande, pode ter raio de até 300 km.
  • Os jatos emitidos pelos quasares se estendem – de cada lado,                                             até cerca de várias centenas de anos-luz de distância (do BN).
  • Segundo o modelo clássico (1963) de Kerr  –  o buraco negro                                               pode ser definido apenas por sua massa e momento angular (sem carga, ou cabelo).
  • A entropia (de acordo com Hawking e Bekenstein) é uma característica dos BNs  — sendo proporcional à área de seu horizonte de eventos, dividida pela área de Planck.
  • Da atmosfera terrestre absorver raios X … só “vemos” BNs por telescópios espaciais.  ~~~~~~~~~~~~~~~~~~(textos complementares)~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

Buracos negros são GRAVASTAR” (Agostinho Rosa – maio/2002)

gravastar

De autoria dos físicos Emil Mottola, e Pawel Mazur, uma nova teoria afirma que ‘buracos negros’ não são buracos, mas…‘bolhas negras’A explicação é que, quando a estrela morre…ela “cai sobre si mesma” … somente até certo ponto. Daí em diante, a intensa ‘força gravitacional’ transforma a matéria estelar, num estado impossível de se testar aqui na Terra – o qual porém, por testes recentes…é comparado ao ‘condensado Bose-Einstein’.

Ocondensado de Bose-Einstein‘ é um estado atingido quando a matéria se aproxima do zero absoluto. Neste estado, o movimento das partículas subatômicas…elétrons, prótons, etc. – simplesmente cessa. Sem movimento… todos átomos passam então a ter a mesma energia, ou estado quântico, formando assim…uma espécie de “super-átomo original.  Este certo ponto…até onde a estrela cai sobre si mesma – coincide com o horizonte de eventos do buraco-negro. Neste caso o “horizonte” não seria uma área no entorno do buraco… – mas a própria superfície desse novo exótico “corpo celeste“. – E…além disso, o mais interessante…é que a formação de algo como um átomo único…ou ‘super-átomo’, dá origem a uma bolha de superfície finíssima, fria e totalmente negra…E, virtualmente ‘indestrutível‘.

GRAVASTAR é o novo nome dado ao corpo celeste por Mottola e Mazur.                            A palavra é um acrônimo para GRA (vitational)… VA (cuum)… STAR. *********************************************************************

Como pesar buracos negros (jul/2008)

Certamente não dá para usar ‘balança’, mas uma nova resposta foi dada… por um grupo de pesquisadores, através de dados obtidos pelo observatório de raio X Chandra, NASA. Medindo acréscimos de temperatura do gás no centro da galáxia elíptica NGC 4649 os cientistas puderam calcular a ‘massa‘… do BN supermassivo…O método pela 1ª vez utilizado…produziu resultados consistentes,  à prova rigorosa – das técnicas tradicionais.

O novo método se utiliza da influência gravitacional que o superBN exerce sobre o gás no centro da galáxia… – À medida que o gás quente se desloca lentamente, em direção ao BN, torna-se mais comprimido, e ainda mais quente. O resultado… é um pico na temperatura, detetado pelo Chandra… — Quanto mais massivo o “buraco negro”… — maior é o “pico“.

Há tempos os astrônomos têm buscado novas formas de medir com precisão os buracos negros supermassivos, cujas massas são milhões de vezes a do Sol. – Até agora têm sido usados métodos baseados nas observações dos movimentos de estrelas…ou de gases em discos próximos a tais formações. – A NGC 4649 é uma das únicas galáxias, que teve a massa de seu buraco negro supermassivo medida por dois métodos diferentes. Segundo    a pesquisa, a ‘formação galática’ tem cerca de 3,4 bilhões de vezes a massa do Sol…e mil vezes a massa do buraco negro central da Via Láctea. ## (texto base## (p/consultar*********************************************************************************

Buracos negros mudam de marcha (jun/2012)

Buracos negros são “motores” muito eficientes…e de altíssima potência, que não              apenas engolem matéria – mas também…devolvem um monte de energia para o          universo em troca da massa que consomem. Esse retorno de energia pode vir na          forma de fortes feixes de raios X, ou de jatos muito poderosos… Embora o papel          assumido pelos feixes de raios X seja mais difícil de aferir – os jatos de material,          emitidos quase à velocidade da luz, podem fazer com que nuvens de gás iniciem               formação de estrelas, ou gigantescas bolhas de calor nos aglomerados galáticos.

buraco-negro-muda-marcha

Buraco negro em primeira marcha (esquerda), e em segunda marca (direita), alterando entre a emissão de jatos e a emissão de raios X. [Imagem: P. Jonker/Rob Hynes]

Mas essa diferença de comportamento, que aparentemente indica a existência                      de 2 tipos diferentes de buracos negros, vem desafiando astrônomos há muito              tempo. Nos últimos anos observações evidenciaram um tipo de conexão entre                        a emissão de raios X e o jato de material emitido por variados BNs. Mas, nem                todos pareciam obedecer à regra. – No entanto, agora… cientistas holandeses demonstraram que o mesmo BN alterna entre os 2 comportamentos. – Isto é,            buracos negros mudam de marcha – disparando sua potência – de diferentes              modos; como disse Eva Ratti, do Instituto de Pesquisas Espaciais da Holanda:

“Além de descobrirmos que os ‘buracos negros’ podem‘mudar de                                    marcha’, como uma propriedade natural, a mudança acontece em                                    luminosidades de raios X similares para todos os BNs estudados”.

Essas “descobertas observacionais”… fornecem importantes informações aos                     modelos teóricos … que tentam explicar — tanto o funcionamento do próprio                      motor do buraco negro, como seu impacto no ambiente ao redor. (texto base) ************************************************************************

efeito-relativistico“Efeito Hall” relativístico  (out/2012)

Você certamente já viu na TV, as rodas de um carro – ou carruagemparecerem girar para trás ao veículo atingir certa velocidade. O que não se sabia até agora…é que essas chamadas “ilusões de ótica“… — estão relacionadas com a “Relatividade” de Einstein. E, mais ainda, que tais fenômenos podem ser ferramentas de grande utilidade à Ciência no seu dia-a-dia.

Efeitos relativísticos normalmente ocorrem, quando algum objeto se move a velocidades muito próximas à da luz. Por exemplo, um objeto a essa velocidade dará ao observador a impressão de ser mais curto. – Esse efeito é devido à chamada ‘contração de Lorentz‘, que ocorre devido à diferença de tempo que a luz…iluminando as várias partes do objeto, leva para chegar aos olhos do observador. — Não obstante ser comum pensar que tudo o que tem a ver com tais efeitos apenas ocorre em “escala cósmica” … envolvendo estrelas, galáxias e buracos negros, Konstantin Bliokh e Franco Nori, do Laboratório ‘RIKEN’, no Japão…mostraram que não é bem assim. Eles conseguiram provar que um fenômeno de caráter geral, que acontece com uma grande variedade de objetos … de buracos negros a elétrons… — é causado pela combinação da “rotação”…com “movimentos relativísticos”.

Corbino_disc_by_Zureks

Bliokh e Nori demonstraram que, se esse objeto também estiver girando… – seja a ‘roda’ de uma carruagem ou hélice de avião – o movimento de rotação também será afetado… – Neste caso, os raios da roda parecerão ser mais densos, de um lado do que do outro…E isto é um “efeito geral”, fenômeno que pode ser descrito — pela mesma matemática que explica os efeitos relativísticos em escala cósmica…Da semelhança comefeito Hallinduzido por campos magnéticos recebeu    o nome de… – “efeito Hall … relativístico“. 

A descoberta tem efeitos práticos… — Um feixe de elétrons…por exemplo, vai aparecer em uma imagem como se os elétrons estivessem se acumulando… preferencialmente… de um lado, embora…de fato, não estejam…como ocorre no efeito Hall “verdadeiro”. – Analogias entre diferentes fenômenos… indicam que outros efeitos do mundo real poderão ser observados, analisados, e explicados… (ou até  contornados) com a ajuda da “matemática relativística”.

Efeitos relativísticos podem ser largamente ignorados, ao descrevemos as propriedades atômicas … porque elétrons normalmente orbitam seus átomos a uma velocidade muito inferior à velocidade da luz. No entanto…os elementos mais pesados da tabela periódica representam algumas exceções notáveis…Seus elétrons devem orbitar a uma velocidade próxima à da luz para equilibrar o efeito da forte atração de seus enormes núcleos…Tais elétrons de alta energia — pela relatividade … agem como se tivessem massa bem maior. Assim – em comparação com os elétrons mais lentos… seus orbitais devem diminuir de tamanho… – para manter o mesmo “momento angular”… – em uma “contração orbital”.  Mas não precisaríamos de uma nave espacial com velocidade próxima à luz, para sentir    os efeitos da relatividade estes podem emergir até na “lenta velocidade” de um carro.   

A bateria de chumbo-ácido que dá a partida na maioria dos motores de carro tira        cerca de 80% de sua energia da relatividade…garante Rajeev Ahuja, da ‘Universidade          de Upsala’, na Suécia“Ligando e desligando as peças relativísticas dos modelos – a relatividade responde por 1,7 volt de cada célula individual…o que significa que cerca        de 10 – dos 12 volts de uma bateria de carro são originários dos efeitos relativísticos”.

No outro extremo, será necessário levar em conta esse efeito da rotação, na observação        de fenômenos relativísticos em larga escala. O efeito Hall relativístico pode ser útil,        em sistemas astrofísicos envolvendo “buracos negros giratórios“, ou ‘vórtices‘ de feixes de luz…por exemplo. ###### (texto base) ###### (complemento automotivo) ********************************************************************************

Raios gama podem ser expelidos de…BNs…em “tempo reverso” (ago/2018)        Quando uma estrela massiva colapsa em um “buraco negro”, como um sinal de SOS,      ela envia um super-brilhante clarão de raios gama…Mas agora, foi descoberto algo muito peculiar sobre esses sinais misteriosos… — Eles parecem “reverter no tempo”.

raios gamaUm recente estudo, publicado no The Astrophysical Journal, descobriu que rajadas de “raios gama”…com origem em ‘colapso estelar’ são ‘reversíveis no tempo‘, ou seja, a brilhante onda de luz é expelida de um jeito… – para logo após…ser retransmitida…de um modo inverso…Ainda não há ideia do que possa causar tais sinais de “raios gama” invertidos no tempo…mas, se tratando de BNs…nada é descartado.

Quando duas estrelas de neutrons colidem…ao formarem um buraco negro…elas emitem curtas rajadas de raios gama. Já “supernovas”…produzem explosões mais longas de raios gama à medida que suas estrelas agonizantes colapsam em ‘buracos negros’. Para ambos os tipos, a maior parte de sua energia vem na forma de pulsos. E Jon Hakkila, astrofísico-chefe da Charleston University/EUA, responsável pelo projeto, comenta sobre o assunto:

“Explosões de raios gama, com uma luminosidade maior que um                    quatrilhão de vezes o brilho do Sol sobre a Terra… — estão entre                    os fenômeno de maior nível energético produzidos na natureza.”

Mas, quando Hakkila, para identificar melhor os componentes do sinal luminoso, subtraiu dos dados totais – o pulso principal… descobriu que o sinal remanescente continha alguns pequenos “distúrbios colaterais“. Em cada pulso, os pesquisadores encontraram três picos distintos; onde a luz aumentava e diminuía em intensidade…algumas vezes em cada pulso. Vendo os dados…também perceberam que a estrutura desses picos se parecia com reflexos no espelho – as partes iniciais que surgiam 1º…apareciam por último nos pulsos seguintes.

Enquanto observava 6 das mais brilhantes ‘explosões‘ detetadas pelo “Compton”… Observatório de Raios Gama da NASA … em seu catálogo da década de 90, a equipe descobriu que…todas as rajadas continham ‘assinaturas’ de “tempo reverso“… – rajadas voltando no tempo…tanto para curtas, quanto longas durações.

Embora seja difícil de imaginar algum mecanismo da radiação ‘revertendo’ o tempo, uma rajada de raios gama representa a formação de um buraco negro…e há todo tipo de coisas muito estranhas que acontecem da relação entre espaço e tempo na vizinhança de um BN.  Contudo – como explicou Hakkila…uma explicação mais plausível pode vir da observação de como uma onda de choque se move através da matéria… ”Quando uma estrela explode, uma grande onda de choque se move de dentro para fora, acendendo assim, suas diversas camadas. Para causar o sinal reverso, a onda teria que, de alguma forma…voltar por essas camadas. Só vejo 2 modos disso acontecer… Ou a onda de choque deve atingir algum tipo de superfície reflexiva, semelhante a um espelho – ou as superfícies estariam distribuídas de alguma forma bizarra, sem sentido na física comum. Entender esse processo, pode ser  uma maneira original de tentar compreender o complexo mecanismo do colapso estelar”.

No entanto, nem todos estão convencidos de que a “reversão temporal” é a melhor explicação para as rajadas de raios gama. Segundo Bing Zhang…astrofísico de alta    energia da ‘Universidade de Nevada’: “Eu reconheço o grande esforço dos autores.                Porém, o ‘andaime’ no qual a pesquisa é construída pode ser falso. – A descoberta              de estruturas reversas no tempo está baseada na suposição…de que cada explosão              de raios gama é composta de vários pulsos bem precisos — cada um, com formato            definido por uma equação matemática. – Mas, a forma e a natureza desses pulsos,            podem ser mais complexas… – do que uma simples…fórmula matemática – de tal              maneira que a rajada residual de “triplo pico” … — pode não ser fisicamente real”.

Talvez, afinal de contas, a hipótese do espelho seja válida, mas por enquanto, sua comprovação é indireta…E a nossa perspectiva, como sempre, fica cada vez mais          estranha, todas as vezes que nos aproximarmos de um buraco negro. (texto base***************************************************************************

BNcomo um superpoderoso“acelerador de partículas” (dez/2018)                    “Simulações em larga escala sugerem um mecanismo pelo qual buracos negros supermassivos poderiam acelerar partículas, até energias extremamente altas”.

bn_medium

Essa simulação se dá ao longo de uma estrutura referencial “co-móvel”, à medida que um conjunto fixo de partículas são expelidas de um núcleo galáctico ativo (AGN). As linhas do campo magnético experimentadas mudam à medida que estas se movem, numa suave superfície. (E. P. Alves, Phys. Rev. Lett. – 2018)

Astrofísicoshá décadas teorizaram… – que os misteriosos raios cósmicos de ultra alta energia (UHECRs) detetados na Terra, poderiam vir de núcleos galáticos ativos AGNs…buracos negros supermassivos no centro das galáxias (quasars). Seu mecanismo de aceleração de partículas, no entanto é uma incógnita. – Até que agora, uma turma de pesquisadores… com simulações sem precedentes propõe um mecanismo explicando o problemaOs resultados reforçam a ideia de AGNs como fontes UHECR, mesmo admitindo limitações nas simulações quando usadas para prever prótons de energias assim tão elevadas.

A maioria dos raios cósmicos são prótons ou núcleos atômicos com energias em torno de 10e8 eV. Os UHECRs têm energias acima de 10e18 eV, sendo esporadicamente detetados na Terra desde a década de 1960muito embora suas fontes permaneçam incertas. Uma recente deteção de um neutrino de alta energia…coincidente a um raio gama de um AGN foi vista como forte evidência para os AGNs como fontes ‘UHECR’ – uma vez que esses 2 eventos podem ser explicados pela aceleração de prótons para ultra altas energias. Ainda assim, outros potenciais candidatos à fonte UHECR, tais como ‘supernovas relativísticas’    e ‘explosões de raios gama’, entre outros fenômenos, permanecem possibilidades viáveis.

AGN“Jatos astrofísicos” são feixes de ‘matéria ionizada’ emitidos em ambas direções … ao longo do eixo de rotação de um objeto astronômico massivocomo um “AGN”. – Os jatos AGN relativísticos… onde algumas partículas se movem aproximadamente à velocidade da luz…tem sido… – nos tempos atuais,  minuciosamente estudados … tanto observacional, quanto teoricamente. – A conclusão é que a maior parte de sua energia é armazenada em poderosos “campos magnéticos”… assumindo uma estrutura helicoidal. Simulações prévias demonstraram que,  sendo o…jato de plasma…instável…as distorções características são causadas por interações com o “meio interestelar”.

Os pesquisadores suspeitavam que essas assim chamadas instabilidades de torção, onde a forma de coluna do jato se curva e torce… – pudessem produzir campos elétricos fortes o suficiente para acelerar as partículas para energias tão altas com sugestivas emissões de raios gama e raios X … vistas a partir dessas estruturas. Porém, os teóricos não entendiam exatamente – como o processo de aceleração funcionava… – Frederico Fiuza do “National Accelerator Laboratory” (SLAC) em Menlo Park, Califórnia, e sua equipe, decidiram então levar suas simulações de um jato de plasma AGN (antes modelado como um fluido) a uma escala sem precedentes… – alcançando o extraordinário nível…de “partículas individuais”.

A enorme “capacidade computacional” necessária para tal projeto — impediu que outras pessoas o experimentassem mais cedo, explica Paulo Alves, membro da equipe do SLAC. As simulações da equiperealizadas em um supercomputador, seguiram 550 bilhões de partículas…em um quadro de referência co-móvel, enquanto as partículas fluíam para fora de uma suave região do jato, por uma instabilidade de torção, onde constantemente    o campo se curva e torce. Os pesquisadores não tentaram seguir as partículas, enquanto estas se moviam por todo o jato…se concentrando na atividade próxima à ‘instabilidade’.

Os campos vistos por um conjunto fixo de partículas de plasma mudam à medida que as partículas se movem, de uma região suave do jato para uma região com instabilidade de torção (a animação permanece num quadro de referência co-móvel, com as partículas em movimento). – O campo elétrico vertical (ou “axial”) é maximizado a cerca de 00:06.

A equipe descobriu que a oscilação contínua do “campo magnético” induz um poderoso “campo elétrico”…que geralmente está na direção do jato, perpendicular às partes mais suaves do campo magnético que envolvem o jato. Mas tal campo elétrico, normalmente não seria capaz de acelerar partículas carregadas, pois estas, geralmente, são restritas a      se mover ao longo das linhas do campo magnético. – Todavia, durante as simulações, a instabilidade de torção emaranhou as linhas do campo magnético o suficiente de modo que as partículas pudessem atravessá-las…e serem aceleradas pelo campo elétrico para energias altas o suficiente para se tornarem UHECRs…Sobre isso Fiuza ainda comenta:

“O que mais se distingue em nosso trabalho recente…é mostrar que um mecanismo operando naturalmente na estrutura do campo magnético, conhecida por existir nos jatos AGN, pode explicar simultaneamente a geração de radiação de alta energia, e raios cósmicos de alta energia”.

James Drake, físico de plasma da Universidade de Maryland, College Park considera que: “Este artigo representa um avanço importante no entendimento da conversão de energia magnética em jatos energéticos de partículas”Embora as simulações produzam campos elétricos fortes, Drake não estava convencido de que prótons seriam acelerados até 10e19 eV. Extrapolar de simulações usando basicamente elétrons/pósitrons para chegar nessas altas energias, requer uma mistura mais realista de elétrons, pósitrons e prótons…diz ele.

O astrofísico Marc Swisdak, também da Universidade de Maryland, College Park…EUA comentou que…“O artigo fornece uma descrição convincente desse novo mecanismo de aceleração, que…numa otimização da aplicação deste trabalho, poderia potencialmente operar… – tanto na magnetosfera da Terra… – quanto na coroa solar. (texto base) *********************************************************************************

Buraco negro – uma descomunal usina de energia (jun/2020)                                      Uma teoria pensada há mais 50 anosque começou como especulação                              sobre como uma civilização alienígena poderia usar um “buraco negro”                              para gerar energia, foi verificada experimentalmente pela primeira vez.

energia-do-vacuoEm 1969, o físico Roger Penrose sugeriu que energia poderia ser gerada… — baixando um objeto na “ergosfera” de um buraco negro…a camada externa de seu horizonte de eventos, onde um…objeto — para permanecer imóvel, teria que se mover mais rapidamente…que a velocidade da luz, algo assim, como a versão extrema de um … “satélite geoestacionário.

Penrose previu que o objeto poderia capturar uma energia negativa nessa área incomum do espaço. Ao soltar o objeto…e dividi-lo em 2, de modo que uma metade caia no buraco negro enquanto a outra é recuperada a ação de recolhimento mediria uma perda de energia negativa, em termos efetivos enquanto a metade recuperada ganharia energia extraída da…”rotação do BN”. – A escala técnica exigida pelo processo é tão grande, que Penrose sugeriu que apenas uma “civilização alienígena” seria capaz de vencer o desafio.

Dois anos depois, outro físico, Yakov Zeldovich, sugeriu que a teoria de Penrose poderia ser testada com um experimento mais prático e ao alcance dos terráqueos. – Ele propôs que ondas deluz torcida atingindo a superfície de um cilindro de metal girando      na velocidade adequada, acabariam sendo refletidas com uma energia extra extraída da rotação do cilindro graças a uma peculiaridade do efeito doppler rotacionalMas a ideia    de Zeldovich permaneceu também no campo da teoria, porque, para que o experimento funcionasse, o cilindro de metal proposto precisaria girar, ao menos um bilhão de vezes por segundo … outro ‘desafio insuperável’ para os atuais limites da engenharia humana.

energiadonadaOndas acústicas torcidas

Mas agora pesquisadores da Universidade de Glasgow, finalmente encontraram uma maneira de provar, experimentalmente, o efeito proposto por Penrose e Zeldovich. Em vez de usar a luz — eles usaram o som, uma fonte de frequência muito mais baixa e…portanto, muito mais prática … para se trabalhar em laboratórioMarion Cromb  e colegas criaram um sistemacom um pequeno anel de alto-falantes, para torcer ondas sonorasde modo similar à torção nas ondas de luz propostas por Zeldovich.

As ondas sonoras torcidas foram direcionadas para um absorvedor de som rotativofeito de um disco de espuma; um conjunto de microfones atrás do disco captava o som dos alto-falantes conforme eles passavam pelo discoo que aumentava regularmente a velocidade de sua rotação. Para saber se as teorias de Penrose e Zeldovich estavam corretas, a equipe esperava ouvir uma mudança distinta na frequência e amplitude das ‘ondas sonoras’ – ao viajarem através do disco, como resultado do “efeito doppler”. – E Cromb assim explicou:

“As ondas sonoras torcidas mudam de tom quando medidas do ponto de vista da superfície rotativa…Se a superfície gira rápido o suficiente, então a frequência do                som pode fazer algo muito estranho…ela pode passar de uma frequência positiva,            para uma negativa… e ao fazê-lo consome energia…da rotação da superfície”.

Usina do “buraco negro” (O aparato gerou energia!…)

À medida que a velocidade do disco giratório aumentava durante o experimento, o tom  sonoro dos alto-falantes diminuiu até que se tornasse muito baixo para ser ouvido. – E,    de repente voltou a subir novamente … até atingir o tom anterior… – todavia, com uma amplitude até 30% maior do que o som original dos alto-falantes. “O que ouvimos ao longo do experimento foi extraordinário. O que acontece, é que a frequência das ondas sonoras está sendo levada até o zero pelo ‘efeito Doppler’ à medida que a velocidade de rotação aumenta. Quando o som retorna novamente, é porque as ondas se deslocaram      de uma frequência positiva para uma negativa. Essas ondas de frequência negativa são capazes de absorver parte da energia do disco de espuma giratório – tornando-se mais altas no processoexatamente como Zeldovich propôs em 1971″. E Marion concluiu  que os 2 físicos, Penrose e Zeldovich, estavam certos…uma civilização suficientemente avançada poderá desfrutar da energia extraída de um“buraco negro”. (texto base)

Sobre Cesarious

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

2 respostas para ‘Buraco-Negro’ – o Motor mais eficiente do Universo

Deixe um comentário

Preencha os seus dados abaixo ou clique em um ícone para log in:

Logotipo do WordPress.com

Você está comentando utilizando sua conta WordPress.com. Sair /  Alterar )

Foto do Google

Você está comentando utilizando sua conta Google. Sair /  Alterar )

Imagem do Twitter

Você está comentando utilizando sua conta Twitter. Sair /  Alterar )

Foto do Facebook

Você está comentando utilizando sua conta Facebook. Sair /  Alterar )

Conectando a %s