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nov 24

Os buracos negros são as centrais de energia do Universo

A fúria de um Blazar:  concepção artística de um blazar (buraco negro supermassivo em galáxia ativa que aponta seu jato em nossa direção) mostrando seus jatos de partículas ionizadas aceleradas pelas forças do seu campo eletromagnético super intenso (tão forte que sobrepuja a força gravitacional abismal do buraco negro e consegue expelir a matéria carregada eletricamente de volta ao espaço). Crédito: Marscher et al., Wolfgang Steffen, Cosmovision, NRAO/AUI/NSF

A fúria de um Blazar: concepção artística de um blazar (buraco negro supermassivo em galáxia ativa que aponta seu jato em nossa direção) mostrando seus jatos de partículas ionizadas aceleradas pelas forças do seu campo eletromagnético super intenso (tão forte que sobrepuja a força gravitacional abismal do buraco negro e consegue expelir a matéria carregada eletricamente de volta ao espaço). Crédito: Marscher et al., Wolfgang Steffen, Cosmovision, NRAO/AUI/NSF

As luzes mais brilhantes e energéticas do Universo freqüentemente procedem dos buracos mais negros do espaço profundo.

Os buracos negros, chamados assim por que nem sequer a luz pode escapar de sua força gravitacional, só podem ser detectados através da sua influência sobre a matéria em sua volta. Embora os próprios buracos negros sejam invisíveis, as regiões que os rodeiam são governadas por campos magnéticos de potência extrema e forças gravitacionais que aceleram e aquecem a matéria circunvizinha em acresção e criam as radiações mais luminosas jamais vistas.

"Radiação de Alta Energia dos Buracos Negros: raios gama, raios cósmicos e neutrinos"

"Radiação de Alta Energia dos Buracos Negros: raios gama, raios cósmicos e neutrinos"

As anomalias super brilhantes, os raios cósmicos, jatos de plasma e explosões de raios gama se espalham pelo Universo e os pesquisadores apenas estão começando a desentranhar os mistérios de como estes fenômenos surgem.

Infinitamente densos

Os buracos negros são massas extremamente densas compactadas em pontos individuais do espaço. Em seu núcleo, toda a matéria está compactada em uma densidade que tende ao infinito dentro de um volume espacial que tende a zero, conhecido como singularidade gravitacional. Ali, a força da gravidade se mostra infinitamente potente, curvando (deformando) o espaço-tempo até o infinito.

Ainda assim, para todas as coisas estranhas que acontecem no interior dos buracos negros, se você está suficientemente afastado deles, eles atuam como qualquer outra quantidade agrupada de matéria comum. Isto significa que se o Sol fosse substituído ‘por mágica’ por um buraco negro com a mesma massa, todos os planetas e objetos do Sistema Solar continuariam orbitando ao seu redor do mesmo modo de sempre, segundo os cientistas, mas, por outro lado, a Terra deixaria de ser habitável devido à falta da luz solar.

Crê-se que os buracos negros se formam durante a morte explosiva de estrelas muito massivas. Quando uma estrela esgota todo o seu combustível do núcleo, ela tende a implodir sob o empuxo da sua própria força de gravidade em uma bola cada vez mais densa, finalmente reduzindo-se a um buraco negro estelar. Entretanto, as camadas exteriores da estrela são expelidas em uma potente explosão conhecida como supernova.

Raios cósmicos, explosões de raios gama e jatos relativísticos

Os cientistas julgam que parte da energia liberada pela a explosão da supernova e a formação de um buraco negro seja convertida na aceleração das partículas a altas velocidades, criando as maravilhas conhecidas chamadas de raios cósmicos, partículas subatômicas ou núcleos atômicos ionizados que voam pelo Universo a uma velocidade pouco menor que a velocidade da luz (da ordem de 99,9% de ‘c’). Detectamos algumas destas partículas aqui na Terra, bastando um punhado delas para golpear e danificar os serviços dos sistemas eletrônicos de nossos satélites.

Outra conseqüência importante dos buracos negros e supernovas são as curtas explosões de raios gama de alta energia conhecidas como explosões de raios gama (GRBgamma-ray bursts). Os GRBs originam-se em distantes galáxias e são os objetos mais brilhantes jamais vistos no Universo. As explosões surgem quando uma estrela muito massiva de rotação rápida colapsa em um buraco negro durante uma explosão de supernova e libera um curto e intenso feixe de radiação gama.

Concepção artística de um buraco Negro, cercado por um disco de acresção com a matéria circunvizinha espiralando em queda. Embora o buraco negro não tenha uma superfície, seu horizonte de eventos, a sua fronteira teórica, está aqui representado por uma esfera negra. Crédito: Nasa/Honeywell Max-O digital group/Dana Berry

Concepção artística de um buraco Negro, cercado por um disco de acresção com a matéria circunvizinha espiralando em queda. Embora o buraco negro não tenha uma superfície, seu horizonte de eventos, a sua fronteira teórica, está aqui representado por uma esfera negra. Crédito: Nasa/Honeywell Max-O digital group/Dana Berry

Além disso, os buracos negros também parecem ser os culpados dos jatos relativísticos (ou jorros) de gás ionizado (plasma) que vemos nos corações das galáxias ativas distantes. Estas galáxias ativas, chamadas de blazares, provavelmente têm buracos negros supermassivos em seus centros, os quais estão curvando o espaço-tempo de forma extrema. A medida que o gás e a poeira cósmica são arrastados pela atração gravitacional do buraco negro, parte dos mesmos são lançados para fora de forma acelerada por retorcidos e ultra poderosos campos magnéticos ao redor do buraco negro. Assim a matéria expelida é lançada sob a forma de jatos (ou jorros) luminosos de plasma existentes nos pólos do buraco negro. Estes jatos cósmicos podem ser vislumbrados por todo o Universo.

“Nós estudamos os possíveis mecanismos para a extração da energia de um buraco negro em rotação que proporcionam uma forma convincente de alimentação dos jatos nas fontes de raios gama de alta energia”, disse Govind Menon, professor de física na Universidade Troy do Alabama.

Esta visão artística da 3C321 mostra a galáxia principal ativa e sua companheira de menor porte. O jato de partículas gerado pelo buraco negro central supermassivo da galáxia de maior porte está apontado para a galáxia companheira. O jato relativístico é assim desviado e destorcido por causa deste impacto. Crédito da Ilustração: NASA/CXC/M. Weiss

Esta visão artística da 3C321 mostra a galáxia principal ativa e sua companheira de menor porte. O jato de partículas gerado pelo buraco negro central supermassivo da galáxia de maior porte está apontado para a galáxia companheira. O jato relativístico é assim desviado e destorcido por causa deste impacto. Crédito da Ilustração: NASA/CXC/M. Weiss

Apocalipse cósmico: esta imagem composta do objeto galáctico 3C321 mostra um poderoso jato de partículas e radiações de alta-energia emitido pelo buraco negro supermassivo da galáxia ativa de maior porte (à esquerda). Este jato atinge a galáxia vizinha no sistema binário de galáxias 3C321. Esta violência cósmica, jamais vista anteriormente, deve estar provocando profundos transtornos em quaisquer planetas que estejam caminho destrutivo do jato. O jato também está ativando a formação de novas estrelas, através da compressão do gás por onde passa. Créditos: raios-X: NASA/ CXC/ CfA/ D.Evans et al.; Óptico/Ultravioleta: NASA/ STScI; Ondas de Rádio: NSF/ VLA/ CfA/ D.Evans et al., STFC/ JBO/ MERLIN

Apocalipse cósmico: esta imagem composta do objeto galáctico 3C321 mostra um poderoso jato de partículas e radiações de alta-energia emitido pelo buraco negro supermassivo da galáxia ativa de maior porte (à esquerda). Este jato atinge a galáxia vizinha no sistema binário de galáxias 3C321. Esta violência cósmica, jamais vista anteriormente, deve estar provocando profundos transtornos em quaisquer planetas que estejam caminho destrutivo do jato. O jato também está ativando a formação de novas estrelas, através da compressão do gás por onde passa. Créditos: raios-X: NASA/ CXC/ CfA/ D.Evans et al.; Óptico/Ultravioleta: NASA/ STScI; Ondas de Rádio: NSF/ VLA/ CfA/ D.Evans et al., STFC/ JBO/ MERLIN

Novas descobertas virão em breve

Menon recentemente escreveu o livro “High Energy Radiation from Black Holes: Gama Rays, Cosmic Rays, and Neutrinos, (2009, Princeton University Press) junto com o astrofísico Charles Dermer da Divisão de Ciências Espaciais do Laboratório de Investigação Naval. Os dois cientistas falaram sobre este tema no Simpósio Fermi em 4 de novembro de 2009, Washington, D.C., EUA.

Os pesquisadores disseram que é provável que se descubram mais segredos sobre os buracos negros graças a novos avançados equipamentos como o Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi, os novos experimentos como  o ‘Experimento de Neutrinos IceCube no Pólo Sul’, os detectores de raios gama terrestres que trabalham com TeV, ‘Tera-Eletron-Volts’  (1.000 GeV), bem como o Observatório de Raios Cósmicos Pierre Auger em Argentina.

Esta é uma década de incríveis descobrimentos cientistas na astronomia de alta energia e física de astro-partículas (Charles D. Dermer)

Fontes e referências

Space.com: Black Holes: Powerhouses of the Universe por Clara Moskowitz

High Energy Radiation from Black Holes: Gamma Rays, Cosmic Rays, and Neutrinos por Charles D. Dermer & Govind Menon

3C321: o ‘Raio da Morte’ do Buraco Negro Supermassivo em Galáxia Ativa Assassina Provoca o Apocalipse Cósmico na Galáxia Vizinha

A galáxia M87 dá um show cósmico que foi assistido por 390 astrônomos

A galáxia M87 é uma fonte de raios cósmicos ultra energéticos. Vemos neste painel: No topo, à esquerda temos uma imagem da M87 obtida pelo VLBA que mostra a emissão dos jatos de rádio em uma escala de 200.000 anos-luz. Nos demais quadros temos zooms subseqüentes aproximando-se do núcleo galáctico onde está o buraco negro supermassivo. Na concepção artística vemos a ilustração do buraco negro central cujo horizonte de eventos é tão grande quando nosso sistema solar, uma pequena fração do tamanho da galáxia M87, mas com 6 bilhões de vezes a massa do Sol. Crédito: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

A galáxia M87 é uma fonte de raios cósmicos ultra energéticos. Vemos neste painel: No topo, à esquerda temos uma imagem da M87 obtida pelo VLBA que mostra a emissão dos jatos de rádio em uma escala de 200.000 anos-luz. Nos demais quadros temos zooms subseqüentes aproximando-se do núcleo galáctico onde está o buraco negro supermassivo. Na concepção artística vemos a ilustração do buraco negro central cujo horizonte de eventos é tão grande quando nosso sistema solar, uma pequena fração do tamanho da galáxia M87, mas com 6 bilhões de vezes a massa do Sol. Crédito: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

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