Apresentação do artigo "Questionable black hole"
Tradução francesa:
Dúvidas sobre a existência dos buracos negros.
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Autores:
Jean-Pierre Petit, Observatório de Marselha Pierre Midy, CRI d'Orsay.
Este trabalho representa o resultado de dez anos de esforços. Há 30 anos, os astrofísicos têm apenas uma palavra na boca: "buracos negros". A palavra fascina o público em geral. Muitos livros foram dedicados ao tema. No entanto, as confirmações observacionais faltam: os buracos negros "brilham por sua ausência". Sabemos que o cosmos é vasto. Nossa única galáxia contém pelo menos 100 a 200 bilhões de estrelas.
A existência de certos objetos foi revelada pela observação, como os quasares, por exemplo. Agora conhecemos mais de quatro mil. Isso não quer dizer que saibamos exatamente o que são esses objetos, como se formam, como evoluem e qual é sua duração de vida. Na verdade, não sabemos nada sobre eles. Eles são simplesmente catalogados, como antigamente as "nebulosas", na época do astrônomo Messier.
Aparentemente, alguns quasares habitam o centro de formações com forma de galáxia. Essas galáxias, portanto, têm um "núcleo ativo", o que quer dizer tudo e nada ao mesmo tempo, pois não sabemos a natureza dessa atividade, por exemplo, qual é a fonte de energia.
A astrofísica contemporânea parece se contentar com pouco. À pergunta
- O que é um quasar?
O astrofísico responderá:
- É o núcleo de uma galáxia ativa.
E à pergunta:
- O que é uma galáxia ativa?
Ele responderá:
- É uma galáxia que possui um quasar em seu centro.
Recentemente, descobriu-se, há alguns anos, os "raios gama", um por dia. A revista Ciel et Espace teve um dia, na capa, "os raios gama: um enigma finalmente resolvido". Resposta, nas colunas do jornal: acabavam de localizar uma pequena mancha brilhante no lugar de um raio gama que havia sido detectado. Ou seja, resolver um enigma significa saber que as áreas do céu que emitem esses raios também emitem luz...
Não é um pouco... pobre?
Inversamente, existem outros objetos cuja existência foi conjecturada, muitas vezes com bastante precisão, antes mesmo de serem observados. O exemplo típico é a supernova, descrita já em 1931 pelo astrofísico americano (de origem suíça) Fritz Zwicky, durante uma conferência famosa dada no Caltech, nos EUA. Zwicky explicou na época que as estrelas suficientemente massivas, cuja massa excederia, digamos, vinte massas solares, deveriam ter um fim paroxístico, com uma subida em regime em apenas alguns dias, o fenômeno completo se estendendo por uma vintena de dias. Foi uma previsão bastante notável, embora não tenha sido levada a sério na época. Mas Zwicky, persistente, descobriu as primeiras supernovas. Atualmente, são registradas várias centenas. O mesmo acontece com as estrelas de nêutrons, identificadas posteriormente pelos pulsares (estrelas de nêutrons em rotação) e as anãs brancas. Novamente, o bestiário, a espécie conta com várias centenas de indivíduos identificados.
O buraco negro foi proposto como resposta a um problema: o destino de uma estrela de nêutrons que exceda uma certa "massa crítica". Essas estrelas de nêutrons bem identificadas, pareceriam núcleos enormes de átomos, sem prótons. Por que esses objetos são constituídos apenas de nêutrons?
Considera-se a estrela de nêutrons como o que resta do núcleo de ferro de uma estrela massiva, após ela ter explodido. Uma estrela massiva é uma estrela onde diversos tipos de reações de fusão ocorrem durante sua história. Ela termina produzindo ferro, que não pode mais participar de nenhuma reação de fusão exoenergética. Esse ferro pesado cai então no centro da estrela, como cinza em uma lareira. Quando a estrela repentinamente fica sem combustível de fusão (algo que Zwicky compreendeu), ela cai sobre si mesma a 80.000 quilômetros por segundo (a alguns quilômetros por segundo de distância, claro). Ao cair no núcleo de ferro, esse gás é fortemente comprimido. Não apenas ele rebota nele, mas durante a passagem ocorrem muitas reações de fusão, que não precisam mais ser exoenergéticas, pois a energia vem então da contração brusca da estrela sobre si mesma. Todas as espécies nucleares possíveis e imagináveis são criadas, incluindo muitos átomos radioativos, com durações de vida muito variadas. Sabe-se que em 1987 a observação da explosão da estrela Sanduleak, no nebuloso de Magalhães, trouxe uma confirmação definitiva à existência desses fenômenos (a apenas 150.000 anos-luz de distância).
O fenômeno esmaga completamente o núcleo de ferro, desfazendo seus átomos. Ele então se encontra tão comprimido sobre si mesmo que os elétrons não têm mais espaço suficiente para se mover entre os núcleons. Presos, eles se combinam com os prótons, produzindo nêutrons e neutrinos.
Normalmente, quando comprimimos um gás, um fenômeno chamado pressão se opõe a essa compressão. Isso também vale para um líquido ou sólido (tudo é compressível). Isso acontece, por exemplo, quando uma jovem estrela nasce. A proto-estrela é uma massa de gás que se comprime sobre si mesma. Mas ela se aquece e a força de pressão limita sua contração. É um mau radiador e terá que perder energia por radiação (infravermelho) antes de poder se comprimir o suficiente para se transformar em uma verdadeira estrela. A menos que sua massa seja insuficiente, caso em que se tornará "um grande Júpiter" (esse planeta gigante continua a irradiar mais energia do que recebe do Sol, mas nunca se transformará em uma estrela).
Quando a explosão da supernova comprime o núcleo de ferro, ele libera sua energia emitindo uma fantástica quantidade de... neutrinos. Nesse caso, o cenário muda completamente: o resfriamento radiativo é instantâneo, pois os neutrinos escapam sem dificuldade. Portanto, não há força de contra-pressão. O pedaço de ferro se esmaga lamentavelmente. Resta um monte de nêutrons, empilhados uns contra os outros, como japoneses no metrô em horário de pico.
Por que uma massa crítica? Porque os nêutrons não podem suportar uma pressão superior a um valor máximo. Como lâmpadas elétricas empilhadas em um poço de mina. Acima de uma certa altura de lâmpadas, o vidro quebra e um nuvem de vidro quebrado desmorona no fundo do poço.
Quando uma estrela de nêutrons tem uma massa que excede um pouco mais de duas vezes a massa do Sol, sua pressão no núcleo se torna muito forte. Os nêutrons não conseguem suportá-la. Então ela é supostamente colapsar sobre si mesma sem que nenhum fenômeno físico conhecido possa ser invocado para contrariar esse colapso, esse "colapso gravitacional". Perspectiva angustiante para um físico.
Antes mesmo de colapsar, uma estrela de nêutrons é "relativista", em oposição a um "objeto newtoniano". Isso se traduz pela forma das trajetórias de "partículas-teste" próximas (uma massa m qualquer, um átomo, por exemplo). Sabe-se que o fenômeno de curvatura do espaço-tempo causa uma precessão da órbita elíptica de Mercúrio. Mas essa precessão é mínima. Por outro lado, o desenho abaixo, extraído de cálculos em computador, mostra a forte precessão de uma trajetória quase elíptica...