BURACO NEGRO

Buraco Negro é uma "coisa" que de negro tem tudo, mas de buraco não tem nada. Prof. Renato Las Casas (13/12/99) Buraco Negro é uma região do espaço onde o campo gravitacional é tão forte que nada sai dessa região, nem a luz; daí vermos negro naquela região. Matéria (massa) é que "produz" campo gravitacional a sua volta. Um campo gravitacional forte o suficiente para impedir que a luz escape pode ser produzido, teoricamente, por grandes quantidades de matéria ou matéria em altíssimas densidades. Velocidade de Escape Se atirarmos uma pedra para cima ela "sobe" e depois "desce", certo? Errado! Se atirarmos um corpo qualquer para cima com uma velocidade "muito" grande, esse corpo "sobe" e se livra do campo gravitacional da Terra, não mais "retornando" ao nosso planeta. A velocidade mínima para isso acontecer é chamada de velocidade de escape. A velocidade de escape na superfície da Terra é 40.320 Km/h. Na superfície da Lua, onde a gravidade é mais fraca, é 8.568 Km/h, e na superfície gasosa do gigantesco Júpiter é 214.200 Km/h. A velocidade da luz é aproximadamente 1.080.000.000 Km/h. Um buraco negro é um corpo que produz um campo gravitacional forte o suficiente para ter velocidade de escape superior à velocidade da luz. A massa do Sol (0,2 X 10³¹Kg) é 333 mil vezes a massa da Terra e seu diâmetro (1,4 milhões de quilômetros) é mais de 100 vezes o diâmetro da Terra. Ele se transformaria em um buraco negro caso se contraísse a um diâmetro menor que 6 Km. Detecção Uma vez que nada sai de um buraco negro, nada de um buraco negro chega até nós. Resta-nos então observá-lo indiretamente, através de sua ação sobre sua vizinhança. "Vemos" um buraco negro observando "coisas" que o rodeiam sob a ação do seu campo gravitacional ou então que "caem" em sua direção, também sob a ação desse mesmo campo gravitacional. A velocidade com que a matéria, a uma determinada distância de um corpo, o orbita, é proporcional à gravidade desse corpo. Mesmo sem vermos o corpo central podemos saber qual a sua massa se virmos e medirmos a velocidade de nuvens de gás e poeira que o orbitam, por exemplo. Uma outra situação: se sob a ação da gravidade do corpo central, matéria "cai" em direção a ele, esse material enquanto vai "caindo" vai se comprimindo; por se comprimir vai se esquentando, e quanto mais quente fica, mais irradia... Também nesse caso, se medimos essa radiação, obtemos informações sobre o corpo central. Buracos Negros Super Massivos Em 1994, astrônomos que trabalhavam com o Telescópio Espacial Hubble, não apenas obtiveram fortes indícios da presença de um buraco negro no centro de uma galáxia espiral, como também mediram a sua massa. Através de um efeito bem conhecido da física (Efeito Doppler) foi possível medir a velocidade de gás e poeira girando em torno do centro da galáxia M87. Pelo desvio das linhas espectrais da radiação emitida por esse material, chegou-se à conclusão que ele gira em torno do núcleo de M87 com uma velocidade muito grande. Para manter esse material com uma velocidade tão grande é preciso uma massa central também muito grande. Uma quantidade tão grande de massa no volume interno à órbita do material que o circula só pode ser um buraco negro. A massa deste buraco negro foi estimada em 3 bilhões de massas solares. Posteriormente foram obtidos indícios de outros buracos negros no centro de outras galáxias. A tabela abaixo nos apresenta 17 galáxias que atualmente suspeitamos possuírem buracos negros supermassivos em seus centros. Também é apresentada a massa estimada desses buracos negros.

Nome da Galáxia	Massa do Buraco Negro (Sol=1)
IE1740.9-2942	100 centenas
SgrA*	2 milhões
Messier 32	3 milhões
Centaurus A	< 14 milhões
Messier 31	30 milhões
Messier 106	40 milhões
NGC 3379	50 milhões
NGC 3377	100 milhões
Messier 84	300 milhões
NGC 4486B	500 milhões
NGC 4594	1 bilhão
NGC 4261	1 bilhão
NGC 3115	2 bilhões
Messier 87	3 bilhões
Cygnus-A	5 bilhões
NGC 4151	Não Conhecido
Messier 51	Não Conhecido

Hoje acreditamos ser possível que toda grande galáxia tenha um buraco negro, de massa equivalente a milhões ou bilhões de estrelas, em seu centro. Esses buracos negros podem ter se formado no universo primitivo, a partir de gigantescas nuvens de gás ou então depois das galáxias já formadas, a partir do "colapso" de imensos aglomerados estelares. Buracos Negros Estelares Antes da fantástica descoberta acima descrita a procura por buracos negros no universo se concentrava principalmente na possível detecção de objetos muito compactos com massa algumas poucas vezes maior que a massa do Sol e que estariam espalhados nas galáxias. Desde 1939 acreditamos que, em seu processo evolutivo, uma estrela de massa maior que 3,2 vezes a massa do Sol, quando acaba o seu combustível, pode "desabar sob seu próprio peso". Essa estrela pode se contrair tanto que dê origem a um campo gravitacional forte o suficiente para impedir que a luz escape de suas proximidades. Um buraco negro! Se um buraco negro desses estiver envolto por uma nuvem de gás e poeira ou se tiver uma estrela por companheira, pode ser que tenhamos matéria dessa nuvem ou dessa estrela "caindo" no buraco negro e então irradiando (principalmente na freqüência de raio X). Um número considerável de estrelas da nossa galáxia forma sistemas duplos. É possível então que tenhamos vários buracos negros cabíveis de serem detectados através dessa radiação. Cygnus X-1 é uma "fonte de raios X", companheira de uma estrela de massa aproximadamente 30 vezes a do Sol (HDE 226868) e é um dos mais fortes candidatos a buraco negro conhecido. A tabela abaixo nos apresenta 8 estrelas que acreditamos possam ser companheiras de buracos negros. Também é apresentada a massa estimada desses buracos negros.

Nome da Estrela	Massa do Buraco Negro (Sol=1)
A0620-00	3 - 4
Cygnus X-1 (HDE 226868)	4 - 8
Sco X-1	3 - 10
GS2000+25	3 - 10
GX339-4	3 - 10
V 404 Cygni	8 - 12
Nova Muscae 1991	3 - 10
Nova Ophiuchi 1977	6 - 7

Uma Nova Classe de Buracos Negros Em abril passado astrônomos da NASA e da Carnegie Mellon University comunicaram haver obtido, separadamente, evidências da existência de buracos negros de massas variando entre 100 e 10.000 massas solares, nos centros de algumas galáxias. Os astrônomos da NASA obtiveram tal evidência estudando raios X emitidos por 39 galáxias próximas à nossa. NGC 4945, uma galáxia espiral muito parecida com a Via Láctea (nossa galáxia), é uma dessas. Os astrônomos da Carnegie Mellon University chegaram à mesma evidência estudando raios X provenientes de M82. Têm sido elaboradas teorias procurando entender a origem desses buracos negros "meio pesados". Mini Buracos Negros? Vale a pena lembrar que muitos astrônomos e físicos acreditam na existência de mini buracos negros que teriam sua origem nos primórdios do universo. Alguns procuram explicar a explosão que ocorreu sobre o rio Tunguska na Sibéria em 1908 e destruiu mais de 2.150 quilômetros quadrados de densa floresta, à colisão de um desses mini buracos negros com a Terra.

Porque observamos as águas do mar de coloração ora esverdeada, ora azulada?

Na verdade a água do mar (pensando apenas na água) é transparente. O mar parece azul, em geral, como reflexo do céu. No entanto, dependendo da profundidade do mar, pois parte da luz, ao atravessar a água do mar, em especial infravermelho e parte do vermelho são absorvidos, resultando na tonalidade esverdeada (por isso as fotos dos mergulhadores apresentam-se esverdeadas). No entanto, o que faz com que o mar parece mais verde do que azul, para quem observa da praia, por exemplo, está relacionado com a concentração de certos plânctons, alguns tipos de algas de coloração esverdeada, que são encontrados em grande quantidade na superfície do mar. A maior ou menor concentração destes plânctons na superfície do mar, provoca consequentemente a maior ou menor reflexão da luz verde, que faz com vejamos o mar mais ou menos esverdeado. Quando o mar não possui grande concentração destas algas, ele nos parece azul.
Você pode constatar experimentalmente que a absorção do vermelho pode deixar o meio transparente esverdeado observando uma placa de vidro transparente. Visto de frente o vidro parece transparente, mas visto de lado (de "quina") ele parece verde. 

Seria possível para o Super-homem ter visão de raios X ? Sua capa no espaço deveria sacudir ? A sua supervelocidade poderia ser a velocidade da luz ?

Infelizmente nem sempre os autores de ficção se preocupam com a física dos eventos que promovem em suas estórias. Mas vamos às suas questões.

Nossos olhos detectam de forma confiável o espectro visível, abaixo dele está o infravermelho e acima o ultravioleta que não são detectados normalmente pelos nossos olhos. Mais acima estão os raios-X, radiação que, dependendo da dose, pode ser nociva à saúde. Aparelhos que permitem a visão por infravermelho já são realidade em nossos dias mas por raios-X o grande problema seria não a detecção mas a geração deste tipo de radiação. O Super-Homem usando a "nossa" tecnologia deveria carregar uma bateria com uma ddp razoável (raios-X são gerados a altas voltagens) e uma fonte de raios-X. Possível é, o que não quer dizer que ficaria igual a dele e seria barato.

A capa não deveria sacudir. Num meio como o ar, cuja densidade é muito acima de zero, é natural que o arraste de um corpo provoque turbulências e, se o corpo e suficientemente extenso e leve, acabe por apresentar movimentos que evidenciam estas turbulências. Já no espaço, cuja densidade é próxima de zero, estas turbulências se existissem seriam imperceptíveis.

Não poderia ter a velocidade da luz. Para que um corpo que tenha a massa de um homem atinja a velocidade da luz ele deve ser acelerado gradualmente; para que seja acelerado sobre ele deve ser aplicada uma força constante o que implica num gasto de energia por unidade de tempo. Acontece que este gasto de energia é gigantesco para um corpo com tanta massa - no caso de partículas é bem mais fácil - e não conhecemos tecnologia capaz de tornar isto uma realidade em todos os níveis do projeto.

Força da pressão atmosférica sobre nós.

Vimos que a pressão é força por unidade de área. Portanto, a UNIDADE de pressão pode ser, por exemplo, 1 quilograma-força por metro quadrado (1 kgf/m²). Ou 1 quilograma-força por centímetro quadrado (1 kgf/cm²). É costume chamar a pressão normal, ao nível do mar, simplesmente de 1 atmosfera. Ou então dizer que ela vale 76 centímetros de mercúrio (76 cmHg), referindo-se à altura da coluna de mercúrio no barômetro. O valor da pressão atmosférica ao nível do mar é de 1 kgf/cm², aproximadamente. Esse é um valor bem conveniente de se decorar, não é mesmo?

Se quisermos saber qual é a FORÇA que o ar atmosférico faz sobre nosso corpo basta multiplicar essa pressão, em kgf/cm², pela área de nosso corpo, em cm². É claro que essa área varia de pessoa a pessoa mas um valor médio de 1 metro quadrado (= 10.000 cm²) pode ser considerado como típico. Logo, a força que o ar faz sobre nosso corpo é, aproximadamente:

1 kgf/cm² x 10.000 cm² = 10.000 kgf = 10 toneladas.

Isto é, o ar faz uma força de 10 toneladas sobre nosso corpo!

Por que não somos esmagados por essa força enorme? Pela mesma razão que uma bolha de sabão ou um balão de aniversário também não são esmagados. O ar dentro da bolha ou do balão e os fluidos dentro de nosso corpo (o sangue e outros) estão a uma pressão igual ou ligeiramente maior que a pressão atmosférica. A força da atmosfera sobre nós é compensada pela força de nossos fluidos internos.

E que pressão é aquela que os médicos medem na gente, enrolando um tubo de borracha em nosso braço? É um pequeno excesso da pressão sanguínea (ou arterial) acima da pressão atmosférica. Esse excesso serve para fazer o sangue fluir pelas artérias e veias e é gerado por uma bomba que a gente tem dentro do peito chamada (adivinhe...)