Traduzido por Julio Batista
Original de Michelle Starr para o ScienceAlert
A NASA lançou uma nova animação para lhe dar uma noção real da quantidade de espaço dominado por um buraco negro supermassivo.
Estes são os gigantes do Universo; os colossos que ficam no centro das galáxias; os corações gravitacionais em torno dos quais as estrelas giram em uma dança orbital que se estende por eras. Eles começam com cerca de 100.000 vezes a massa do Sol, na extremidade inferior da escala, e podem atingir dezenas de bilhões de massas solares no máximo.
Esses números abstratos são muito bons, mas é difícil conceber o quão grandes essas coisas realmente são. E esse é um dos grandes mistérios do Universo: embora tenhamos algumas ideias, simplesmente não sabemos como eles chegaram a esse ponto.
“Medições diretas, muitas feitas com a ajuda do Telescópio Espacial Hubble, confirmam a presença de mais de 100 buracos negros supermassivos”, disse o astrofísico teórico Jeremy Schnittman do Centros de Voos Espaciais Goddard da NASA. “Como eles ficam tão grandes? Quando as galáxias colidem, seus buracos negros centrais eventualmente podem se fundir também.”
Na verdade, os próprios buracos negros podem não ser muito grandes. Os buracos negros são os objetos mais densos que conhecemos no Universo. Eles são tão compactos que só podemos descrevê-los matematicamente como uma singularidade – um ponto unidimensional de densidade infinita. Sua densidade é tão extrema que o espaço-tempo torna-se gravitacionalmente distorcido no que é efetivamente uma esfera fechada ao seu redor. Dentro dessa esfera, nem mesmo a luz tem velocidade suficiente para escapar.
É a isso que nos referimos quando falamos das dimensões de um buraco negro, seu limite conhecido como horizonte de eventos. Quanto mais massivo o buraco negro, maior o raio da esfera definida pelo horizonte de eventos, conhecido como raio de Schwartzschild. Se o Sol fosse um buraco negro, por exemplo, seu raio de Schwartzschild seria de apenas 2,95 quilômetros.
Até onde sabemos, os menores buracos negros começam com cerca de cinco vezes a massa do Sol, objetos que se formaram a partir do colapso do núcleo de uma estrela massiva no final de sua vida. Estes são buracos negros de massa estelar.
Os buracos negros de massa estelar têm um limite superior de cerca de 65 vezes a massa do Sol, porque as estrelas precursoras extremamente pesadas que produziriam esses objetos maiores terminam suas vidas em uma supernova de instabilidade de par que oblitera completamente o núcleo, deixando nada para trás para entrar em colapso no buraco negro.
No entanto, vimos buracos negros de massa estelar com massa superior a 65 massas solares. Eles podem se formar quando os buracos negros colidem e se fundem, resultando em um objeto com uma massa combinada. Mas como passamos deles para os buracos negros supermassivos e ultramassivos é uma grande lacuna no nosso conhecimento. E no espaço também. Há uma curiosa escassez de buracos negros detectados na faixa de massa entre buracos negros de massa estelar e supermassivos.
Mas também há uma grande variedade de buracos negros supermassivos. A nova animação da NASA é uma visão bastante impressionante dessa lacuna, começando com um buraco negro em uma galáxia anã chamada J1601 + 3113, que hospeda um buraco negro com cerca de 100.000 massas solares. Isso lhe daria um raio de Schwarzschild um pouco menor que a metade do tamanho do Sol. A sombra do buraco negro se estende ao espaço ao redor do horizonte de eventos, produzindo uma região mais escura com cerca do dobro do seu tamanho, o que significa que, no vídeo, essa sombra parece ter aproximadamente o mesmo tamanho do Sol.
Também vemos o buraco negro supermassivo no centro de nossa própria galáxia, Sagitário A*, com cerca de 4,3 milhões de massas solares. Há também M87*, o primeiro buraco negro que conseguimos uma imagem, que tem uma massa muito maior de 5,37 bilhões de Sóis.
Há também dois buracos negros residindo no centro da mesma galáxia, NGC 7727. Eras atrás, NGC 7727 eram duas galáxias. Agora reunidas, os dois buracos negros nos núcleos galácticos – com 154 milhões e 6,3 milhões de massas solares, respectivamente – se aproximaram no centro da galáxia recém-combinada, onde um dia eles também se fundirão.
Esses buracos negros são uma grande pista que os astrônomos acham que nos dizem como os buracos negros supermassivos se formam, e suas fusões devem produzir ondas gravitacionais. No entanto, a frequência dessas fusões é muito baixa para ser detectada por nossos instrumentos atuais.
Um dos maiores buracos negros que conhecemos no Universo é um monstro conhecido como TON-618. Em 2004, os cientistas mediram sua massa em impressionantes 66 bilhões de massas solares. Um limite teórico de massa superior para buracos negros é de cerca de 50 bilhões de massas solares, mas o Universo é muito bom em desafiar as previsões teóricas.
Com essa massa, o buraco negro teria um raio de Schwarzschild de mais de 1.300 unidades astronômicas. Para contextualizar, Plutão tem uma órbita que fica a cerca de 40 unidades astronômicas do Sol. Essa coisa engoliria o Sistema Solar centenas de vezes.
Felizmente é muito longe; sua luz é estimada em 10,8 bilhões de anos, então não vai ficar à espreita se alimentando em nosso canto do espaço. Achamos que falamos por todos quando dizemos, de forma contundente: ufa.
