Os cientistas encontraram mesmo buracos negros?

PARECE ficção científica: estrelas anteriormente brilhantes tornam-se invisíveis, esmagadas pela própria força gravitacional e nada, nem a luz, consegue escapar delas. Muitos astrônomos crêem que esses buracos negros devem ser bem comuns no Universo. Gostaria de saber mais sobre eles? Vamos começar por uma bela constelação setentrional chamada Cygnus, ou seja, “Cisne”.

Cygnus X-1 — um buraco negro?

Desde os anos 60, os astrônomos se interessam por uma determinada região da constelação de Cygnus. Observatórios orbitais colocados acima da atmosfera da Terra detectaram uma fonte poderosa de raios X nessa região, chamada de Cygnus X-1.

Há muito tempo os cientistas sabem que, quanto mais quente um objeto, mais energia (de comprimentos de ondas eletromagnéticas mais curtas e mais energéticas) ele emite. Se aquecermos um pedaço de ferro numa fornalha bem quente, primeiro ele fica incandescente, vermelho, depois amarelo e, daí, branco, à medida que o ferro fica mais quente. As estrelas são como barras de ferro. Estrelas relativamente frias, com cerca de 3.000 K, têm uma cor avermelhada, ao passo que uma estrela amarela, como o Sol, tem uma temperatura superficial perto de 6.000 K.a Mas seria necessário que os gases estelares fossem aquecidos a temperaturas de milhões de graus kelvin para produzir os raios X que vêm de Cygnus X-1. Nenhuma estrela tem uma temperatura de superfície tão alta.

Nas vizinhanças de Cygnus X-1, os astrônomos encontraram uma estrela com temperatura de superfície estimada em 30.000 K, muito quente, sim, mas nem perto da temperatura necessária para produzir os raios X. Essa estrela, catalogada como HDE 226868, tem calculadamente 30 vezes a massa do Sol e está a 6.000 anos-luz da Terra. Essa supergigante tem uma companheira, e elas rodopiam uma ao redor da outra numa valsa orbital a cada 5,6 dias. Certos cientistas calculam que a companheira está a poucos milhões de quilômetros da HDE 226868, e que tem massa umas dez vezes maior do que a do Sol. Mas tem uma característica muito estranha: é invisível. Normalmente uma estrela tão grande não seria invisível a essa distância da Terra. Um objeto com tamanha massa e que parece emitir raios X, mas nenhuma luz visível, é um bom candidato a buraco negro, dizem os cientistas.

Viagem a um buraco negro

Imagine que você pudesse viajar até Cygnus X-1. Presumindo que se trata mesmo de um buraco negro, provavelmente veria algo como se vê na ilustração da página 17. A estrela grande é a HDE 226868. Ela tem milhões de quilômetros de diâmetro, ao passo que o buraco negro talvez tenha só uns 60 quilômetros de diâmetro. O pontinho preto no centro do redemoinho de gás incandescente é o horizonte de eventos, ou superfície, do buraco negro. Mas não é uma superfície sólida; parece mais uma sombra. É o limite da região na qual a gravidade ao redor do buraco negro é tão forte que nada, nem a luz, consegue escapar. Muitos cientistas acham que dentro do horizonte de eventos, no centro do buraco negro, existe um ponto de volume zero e densidade infinita, conhecido como singularidade, no qual toda a matéria do buraco negro desapareceu.

O buraco negro está sugando as camadas externas de gás da estrela companheira. O gás da estrela forma um disco incandescente à medida que gira cada vez mais rápido numa espiral, aquecendo-se pelo atrito ao redor do buraco negro. Esse disco de gás superaquecido produz raios X às bordas do buraco negro, quando a gravidade intensa acelera o gás a velocidades incríveis. Naturalmente, depois que o gás cai no buraco negro, nem os raios X — nem coisa alguma — conseguem escapar.

Observar Cygnus X-1 é um verdadeiro espetáculo, mas não chegue perto demais! Além dos mortíferos raios X, a gravidade também é perigosa. Na Terra, existe uma pequena diferença, quando estamos de pé, entre a força da gravidade que atua sobre a nossa cabeça e a que atua sobre os pés. Essa diferença cria um pequeno puxão imperceptível. Mas em Cygnus X-1 essa pequena diferença é multiplicada 150 bilhões de vezes, criando uma força que esticaria o nosso corpo, como se mãos invisíveis puxassem os pés para um lado e a cabeça para outro.

Como surge um buraco negro?

ATUALMENTE, os cientistas entendem que as estrelas brilham devido a uma luta incessante entre a gravidade e as forças nucleares. Sem gravidade para comprimir o gás no núcleo da estrela não haveria fusão nuclear. Por outro lado, sem fusão nuclear para impedir o puxão gravitacional, coisas muito estranhas poderiam acontecer às estrelas.

Os cientistas acham que, quando estrelas mais ou menos do tamanho do Sol exaurem seu combustível nuclear de hidrogênio e hélio, a gravidade as comprime até se tornarem cinzas quentes com cerca do tamanho da Terra, chamadas de anãs brancas. Uma anã branca talvez tenha tanta massa quanto o Sol, mas espremida num espaço um milhão de vezes menor.

A matéria em geral é, na maior parte, espaço vazio. Quase toda a massa do átomo se localiza no minúsculo núcleo que é rodeado pela nuvem de elétrons, muito maior. Mas dentro da anã branca, a gravidade comprime a nuvem de elétrons até uma pequena fração do volume anterior, encolhendo a estrela até deixá-la do tamanho de um planeta. Em estrelas mais ou menos do tamanho do Sol, nesse ponto a gravidade e as forças dos elétrons entram em equilíbrio, impedindo mais compressão.

Mas e as estrelas mais pesadas do que o Sol, com mais gravidade? Nas estrelas com mais de 1,4 vezes a massa do Sol, a força da gravidade é tão grande que a nuvem de elétrons é comprimida até se desfazer. Os prótons e elétrons combinam-se e formam nêutrons. Esses resistem a maior compressão, desde que a gravidade não seja forte demais. Em vez de uma anã branca do tamanho dum planeta, surge uma estrela de nêutrons do tamanho dum pequeno asteróide. As estrelas de nêutrons são feitas da matéria mais densa conhecida no Universo.

E se a gravidade for ainda maior? Para os cientistas, em estrelas com cerca de três vezes a massa do Sol a gravidade é tão forte que os nêutrons não podem contrabalançá-la. Nenhuma forma de matéria conhecida pelos físicos é capaz de resistir à força cumulativa de toda essa gravidade. Parece que a bola de nêutrons do tamanho de um asteróide seria comprimida ainda mais, mas não viraria uma bola menor; acabaria em nada, num ponto chamado de singularidade, ou em outra entidade teórica ainda não descrita. A estrela aparentemente desapareceria, restando somente sua gravidade e um buraco negro naquele ponto. O buraco negro formaria uma sombra gravitacional no lugar onde antes ficava a estrela. Seria uma região com uma gravidade tão intensa que nada, nem mesmo a luz, poderia escapar.