Nas últimas 3 semanas partilhámos com o leitor o pouco conhecimento que temos sobre os buracos negros estelares. A maior vantagem de estudarmos estes objectos é a sua proximidade, o que nos permite conhecer em maior pormenor algumas das suas características. Os buracos negros estelares são uma versão miniatura dos buracos negros existentes nos centros das galáxias e como já vimos anteriormente, a única diferença reside na massa.

Alguns marcam a sua presença por serem protagonistas de fenómenos extremamente energéticos associados aos quasares (núcleos galácticos activos que se encontram a uma grande distância e portanto num passado bastante longínquo - consulte o Tema do Mês sobre Núcleos Galácticos Activos). Outros preferem o anonimato como por exemplo o buraco negro no centro da nossa galáxia, que deverá ter apenas 3 milhões de vezes a massa do Sol e aparenta estar numa fase de acalmia. Sua presença é denunciada pelo estudo da trajectória de algumas estrelas que só pode ser explicada pela presença de um objecto de grande massa naquela região.

Se hoje temos uma teoria satisfatória para a formação dos buracos negros estelares o mesmo não acontece em relação a estes monstros que habitam os centros das galáxias. Alguns acreditam que estes poderão ser as sementes que deram a origem às galáxias. Estes buracos negros teriam surgido nas primeiras fases do Universo e podem ter atraído a matéria ao redor, formando assim as galáxias. Outra corrente científica acredita que o movimento caótico da matéria nas fases iniciais de formação do Universo poderia ter originado regiões de maior densidade. Estas regiões estariam na origem das galáxias sob a hipótese de que a sua própria atracção gravítica fez com que se contraíssem e atraíssem a matéria que ficava por perto tornando-as cada vez maiores. Este mesmo processo de contracção teria dado origem a buracos negros pela formação de concentrações de matéria ainda mais compactas.

A existência de buracos negros de grande massa começou a ser considerada devido à descoberta dos quasares. Os quasares são os objectos mais longínquos que se podem observar no Universo. O facto de estarem tão longe e mesmo assim poderem ser observados indica que possuem uma grande luminosidade: um só quasar emite a mesma luz do que mil galáxias concentrada numa região equivalente ao Sistema Solar. Uma outra característica dos quasares é que apresentam jactos de gás muito energéticos. Mas também existem galáxias que mostram jactos provenientes da sua região central. Os núcleos destas galáxias (chamadas Galáxias Activas) têm propriedades muito semelhantes aos quasares. Como a luz viaja a velocidade finita, a imagem dum quasar observada hoje, revela-nos realmente como ele era num passado remoto. Ou seja, observar um quasar é observar uma época em que as galáxias se estavam a formar. Em conclusão, os astrofísicos acham que os quasares são na realidade núcleos de galáxias na época em que elas ainda eram recém-formadas. Somente os fenómenos energéticos associados à presença de um buraco negro de grande massa podem explicar a extrema luminosidade destes objectos.

A origem da radiação emitida pelos quasares (ou pelos núcleos galácticos activos) também está relacionada com a acreção do gás existente no meio circundante. A presença de buracos negros de grande massa na região central faz com que a energia potencial do gás aspirado seja transformada em energia electromagnética. Esse processo já seria o suficiente para explicar as elevadas luminosidade que estes objectos têm. O gás acretado também formaria ao redor do buraco negro, como acontece nos binários de raios-X, um disco de acreção. De facto, pensa-se que ambos os objectos (binários de raios-X e quasares) são iguais mas a escalas diferentes de acordo com o tamanho do buraco negro que albergam. O estudo da dinâmica do gás em torno dos buracos negros no centro das galáxias ou o estudo da dinâmica das estrelas que orbitam a região central permite determinar com alguma precisão a massa do buraco negro central.

Alguns binários de raios-X de pequena massa também apresentam um comportamento semelhante e por isso recebem o nome de microquasares. Em ambos os casos, mas novamente com escalas diferentes, existe um objecto compacto central que acredita-se ser um buraco negro em rotação, um disco de acreção e são observadas emissão de jactos relativistas, ou seja, em que as partículas viajam com uma velocidade próxima da velocidade da luz. Os jactos presentes nos microquasares podem apresentar uma extensão de alguns anos luz; nos quasares esse valor pode ascender aos milhões de anos-luz. A radiação proveniente do disco de acreção em torno de um quasar ou de um núcleo galáctico activo é maioritariamente na banda do ultra-violeta ou no óptico. No caso dos microquasares a radiação predominante é na banda dos raios-X.

Existe mais um processo no Universo cujo comportamento é semelhante ao dos quasares e microquasares, são as hipernovas. Trata-se de um processo semelhante à explosão de uma supernova, em que provavelmente a estrela progenitora teria uma grande massa. Neste caso, observam-se fortes emissões na banda dos raios gama associadas à fase final de vida destas estrelas. O remanescente da estrela será um buraco negro que estará rodeado pela matéria da estrela, recentemente ejectada. No disco de acreção e por razões ainda não bem conhecidas pode ter origem um jacto de partículas muito energéticas que ao interagir com as camadas expelidas pela estrela vai dar origem a um fenómeno conhecido como “explosões de raios gama”.

O leitor já descobriu como são encontrados os bons candidatos a buracos negros estelares e como surgem as evidências da existência de buracos negros no centro das galáxias. Os primeiros com massas de algumas vezes a massa do Sol e os últimos podendo atingir milhares de milhões de vezes esse valor. Será que isso é tudo? Será que não existem buracos negros com massas intermédias. Bem a verdade é que a teoria que prevê a existência de buracos negros não estabelece qualquer limite com relação ao seu tamanho. Tanto podem ser gigantescos como aqueles que encontramos nos centros das galáxias como podem ser tão pequenos quanto uma partícula. Não há portanto nenhuma razão para que eles não existam em todos os tamanhos, o problema está em conseguirmos detectá-los Bem, a tarefa é difícil mas não impossível.

Alguns destes objectos andam sozinhos pelo Universo. É o caso de alguns MACHO’s (Massive Compact Halo Objects – Objectos compactos no halo da galáxia). Estes objectos revelam a sua presença devido ao efeito de lentes gravitacionais, um efeito previsto por Einstein.

Até o momento já foram detectados por este método pelo menos 3 candidatos a buracos negros com massas que variam entre 3 a 6 Msol. Bem, mas estes enquadram-se bem na classe de buracos negros estelares. Falta ainda resolver o enigma, e buracos negros com massas intermédias?

A partir dos anos 90 também estes começaram a ser encontrados. Alguns em enxames globulares como foi o caso do enxame M15 que deverá albergar um buraco negro com uma massa da ordem de 4000 Msol. Outros a partir da sua emissão em raios-X, detectada em outras galáxias, que sugere a presença buracos negros com centenas ou até mesmo milhares de vezes a massa do Sol

Os buracos negros que têm sido encontrados em enxames globulares também aparentam ter uma relação directa com a massa do seu hospedeiro. Parece haver um mecanismo ainda não descoberto que liga o buraco negro ao seu hospedeiro por um processo que ainda temos que compreender.

Conhecemos hoje cerca de 50 bons candidatos a buracos negros estelares em sistema binários com massas até poucas dezenas de Msol; 4 candidatos fora de sistemas binários, também com pequenas massas; cerca de 10 com massas intermédias e cerca de 60 com massas que podem chegar a milhares de milhões de Msol nos centros das galáxias (estes números referem-se a Janeiro/2004).

Mas a história não acaba aqui, existem ainda os mini buracos negros. São os chamados buracos negros primordiais, previstos por Stephen Hawking e Brandon Carter nos anos 70 e teriam surgido no Universo primordial devido a flutuações na densidades da matéria que preenchia o espaço-tempo. Alguns autores chegam mesmo a fazer estudos comparativos entre estes mini buracos negros e algumas partículas mais exóticas, encontrando interessantes factores comuns entre ambos. Não existem contudo evidências experimentais sobre a existência destas entidades.




Na outra ponta da escala está o limite da nossa imaginação, os “buracos negros universais”. Alguns cientistas acreditam mesmo que o nosso Universo pode estar no interior de um deles, ou de forma mais correcta, no interior de um buraco branco que é exactamente a mesma coisa que um buraco negro, mas neste caso, do seu horizonte de eventos tudo pode sair e nada pode entrar. Mas este assunto fica reservado para um tema futuro.

Chegámos à última parte deste tema do mês. Alguns aspectos fascinantes destes incríveis objectos foram revelados ao longo das últimas semanas, mas muito ainda resta por descobrir Com diferentes explicações e formas de detecção estamos sempre a falar do mesmo objecto, os buracos negros, o objecto que melhor exemplifica a Teoria da Relatividade Geral. Pequenos, médios, intermédios e grandes, eles estão em todo lado. Como surgiram, qual será a sua evolução, que peças do puzzle ainda nos falta para finalmente percebermos estes inexplicavelmente simples e enigmáticos objectos – Os Buracos Negros.