Os enigmáticos buracos negros

No buraco negro, nossas noções de espaço e tempo não fazem sentido; nada escapa dele, nem a luz

RECENTEMENTE, CIENTISTAS USANDO o observatório espacial Chandra, da Nasa, fizeram uma descoberta fabulosa: a partir dos raios-X coletados pelas antenas do local, visualizaram pela primeira vez um buraco negro "recém-nascido", com apenas 30 anos de idade. A descoberta pode ajudar a decifrar alguns dos muitos enigmas sobre eles.

Esse pertence à galáxia M100 que, estando a 50 milhões de anos-luz da Terra, não é exatamente nossa vizinha. Isso significa que a radiação coletada deixou o buraco negro há 50 milhões de anos, pouco depois dos dinossauros desaparecerem do nosso planeta.

Pode parecer estranho que saibamos que ele tinha apenas 30 anos mesmo estando tão distante, mas não é: imagine a foto de um bebê enviada de navio do Brasil para a África. A viagem é longa, mas a foto mostra o mesmo bebê.

O buraco negro é o que sobrou de uma estrela gigante, com massa 20 vezes maior do que a do Sol. Como toda estrela, essa chegou ao fim de sua vida e explodiu violentamente, lançando parte de sua matéria ao espaço. A que sobrou, compactada pela ação da gravidade, condensou-se até formar um buraco negro -onde nossas noções de espaço e tempo deixam de fazer sentido.

Podemos imaginá-lo como uma região envolvida por uma membrana chamada de "horizonte de eventos". Tal como numa praia, onde o horizonte demarca o limite do que podemos ver, o horizonte de eventos demarca a fronteira entre o exterior e o interior do buraco negro: o que passa dele jamais retorna, inclusive a luz. Daí seu nome.

A questão é o que ocorre dentro do horizonte. Buracos negros são classificados pela sua massa e rotação. Os mais simples, os que não rodam, são caracterizados por uma "singularidade" em seu centro, um ponto onde as leis da física como as conhecemos deixam de funcionar.

O problema é que, perto da singularidade, a teoria que usamos para descrever os buracos negros -a relatividade geral de Einstein- não faz sentido. Precisaríamos usar uma teoria quântica da gravidade, algo que ainda não temos.

O pouco que sabemos, após o trabalho de Stephen Hawking, é que buracos negros evaporam: eles emitem radiação eletromagnética e, aos poucos, vão perdendo sua massa. Podemos até associar uma temperatura a eles, a temperatura de Hawking, T = (1023kg/M)K, onde M é a massa do buraco negro em quilogramas e K sua temperatura em Kelvin (1 Kelvin = -273 Celsius).

Portanto, um buraco negro com a massa do Sol (M=1030kg) emite radiação a 10-7K, muito fria. Mas como a temperatura vai com o inverso da massa, buracos negros leves podem brilhar bem intensamente. É o que ocorre ao fim de suas vidas! O que levanta uma questão interessante: o que ocorre com a singularidade quando o buraco negro evapora até o fim? Será que o horizonte desaparece por completo, revelando ao mundo a singularidade, feito o Aleph do conto homônimo de Jorge Luis Borges? Ninguém sabe.

Talvez um dia, usando os descendentes do Chandra, enxerguemos o ponto onde o espaço deixa de fazer sentido. Ou, talvez, algo de inesperado ocorra antes disso. Afinal, quando se trata de buracos negros, o inesperado é a norma.

Carecas suadas

Buracos negros são menos negros do que se imagina

Talvez nenhum objeto no Universo seja mais enigmático do que os buracos negros. Mesmo Einstein, cuja teoria da relatividade geral prevê a sua existência, não acreditava que eles fossem possíveis. Pudera. No coração dos buracos negros as leis da física deixam de fazer sentido, algo que nenhum físico gosta de contemplar. Na verdade, não são as leis da física que deixam de valer, apenas aquelas reservadas à descrição dos fenômenos clássicos, leia-se familiares de nosso dia-a-dia: no centro de um buraco negro, a física do muito pequeno, a mecânica quântica, tem papel fundamental. E, como mostrou o físico Stephen Hawking, fora dele também.

Segundo a teoria da relatividade geral de Einstein, a matéria encurva o espaço à sua volta e afeta também a passagem do tempo. Quanto maior a concentração de matéria, maior o seu efeito na curvatura do espaço e no fluir das horas. Esses efeitos, embora sempre presentes, se fazem relevantes apenas em casos extremos. Mesmo um planeta como a Terra exerce apenas uma pequena influência sobre o espaço e o tempo.

Mas, com as estrelas, os efeitos já são mensuráveis. Uma das primeiras confirmações da teoria de Einstein foi obtida medindo a deflexão da luz proveniente de estrelas distantes ao passar perto do Sol. Aliás, as medidas foram obtidas em Sobral, no Ceará, durante um eclipse total. Com os buracos negros, a luz não é apenas defletida; ela desaparece por inteiro. Se algo penetra no chamado horizonte de eventos, uma fronteira esférica em torno do buraco negro, jamais sai.

Dessa fronteira para dentro, o caminho é um só: em direção ao centro do buraco negro, ou "singularidade", um ponto onde a gravidade atinge um valor infinito e a estrutura do espaço e do tempo deixa de fazer sentido.

Buracos negros nascem quando estrelas morrem. Não qualquer estrela, mas estrelas bem pesadas, com massas maiores do que a do Sol. Quando as estrelas deixam de gerar calor e radiação, elas começam a implodir devido à própria gravidade. Em estrelas suficientemente pesadas, o processo continua indefinidamente, até que uma enorme quantidade de matéria fica aprisionada num volume mínimo. Por exemplo, para o Sol virar um buraco negro, teria de se contrair até uma esfera de 3 km de raio. Quando a estrela vira um buraco negro, muito de sua massa é ejetada para o espaço.

O resto é "tragado" pela singularidade, como água escoando por um ralo. A diferença é que não existe um cano levando a água para outro lugar. A menos que o buraco negro gire. Nesse caso, pode existir um "buraco de minhoca", uma espécie de garganta cósmica ligando dois pontos distantes do Universo. Tudo indica que é muito difícil manter essas passagens abertas.

Com o colapso da estrela, muita informação desaparece. Uma das questões interessantes da astrofísica moderna é o que ocorre com ela. Segundo as teorias atuais, os buracos negros são de certa forma objetos simples. Tudo o que precisamos para caracterizá-los é a sua massa e a sua rotação. Toda a complexidade da estrela some na singularidade e o que vemos fora do horizonte precisa de apenas dois números para ser descrito. Por isso, dizemos que os buracos negros "não têm cabelo". Hawking calculou que buracos negros são menos negros do que se imagina. Eles emitem radiação com potência inversa à sua massa.

Ou seja, buracos negros são carecas e suam, aos poucos perdendo a sua massa. Com isso, vão ficando cada vez menores, o que leva a uma importante questão: o que ocorre quando o horizonte "evapora" até a singularidade? Será que existem singularidades sem um horizonte à sua volta? Mas isso deixo para outra semana.