Os físicos estão atualmente experimentando uma era de ouro de novos conhecimentos sobre buracos negros. Desde 2015, os pesquisadores conseguem receber sinais diretamente de buracos negros usando observatório de ondas gravitacionais com interferômetro a laser (LIGO), enquanto observatórios como o telescópio Event Horizon (EHT), obtenha as primeiras imagens sombras de um buraco negro. Este ano não foi exceção, com uma nova safra de resultados emocionantes e únicos expandindo os horizontes de nosso conhecimento sobre buracos negros. Aqui vamos dar uma olhada em algumas das descobertas mais impressionantes de 2020.
Como se para confirmar que 2020 foi o ano da pesquisa de buracos negros, a principal conquista da ciência é premio Nobel - foi concedido em outubro a três físicos cujos trabalhos lançam luz sobre a vida desses misteriosos objetos espaciais.
Roger Penrose, da Universidade de Oxford, no Reino Unido, recebeu metade do prêmio "pela descoberta de que a formação de buracos negros é uma previsão robusta da relatividade geral", enquanto Andrea Guez, da Universidade da Califórnia, em Los Angeles, e Reinhard Hansel, da Universidade de Bonn e o Instituto de Física Extraterrestre Max Planck, na Alemanha, compartilharam a outra metade "para a descoberta de um objeto compacto supermassivo no centro de nossa galáxia", disse a Academia Real Sueca de Ciências em comunicado. Andrea Guez é apenas a quarta mulher a ganhar o Prêmio Nobel de Física, depois de Marie Curie em 1903, Maria Heppert-Mayer em 1963 e Donna Strickland em 2018.
LIGO e o seu homólogo europeu Virgem observe buracos negros através de ondas gravitacionais no tecido do espaço-tempo, que se formam quando objetos massivos oscilam.
Várias descobertas impressionantes já foram feitas nas instalações. Mas em maio, a colaboração anunciou que havia descoberto a maior colisão com um buraco negro da história. Um deles é 85 vezes maior que a massa do Sol, e o outro é 66 vezes maior que a massa do Sol. Quando colidem, formam um buraco negro, cuja massa excede a massa do Sol em 142 vezes. Além de bater recordes, a descoberta foi a primeira na chamada zona "proibida" de buracos negros de massa média. Embora os astrônomos tenham visto pequenos buracos negros do tamanho do nosso Sol e saibam que os colossais, milhões de vezes a massa do Sol, existem nos centros das galáxias, ninguém havia encontrado evidências de buracos negros nessa faixa intermediária. Como exatamente eles foram formados permanece um mistério que os cientistas estão tentando resolver.
Um pouco depois Big Bang O universo estava permeado de radiação quente e turbulenta. Em algumas regiões, a energia era densa o suficiente para, teoricamente, colapsar sobre si mesma para formar um buraco negro.
Embora os físicos ainda não saibam se existem buracos negros primordiais (PCD), ultimamente eles têm pensado no que poderia acontecer se eles existissem. Vários artigos, incluindo um publicado em novembro, sugeriram que esses buracos negros, alguns dos quais serão menores do que aqueles formados a partir de estrelas moribundas, poderiam constituir matéria escura, uma substância desconhecida que exerce uma influência gravitacional em todo o universo. Nos próximos anos, experimentos estão sendo conduzidos para procurar PCD, que confirmará ou negará sua existência.
E se você pegasse os buracos negros incrivelmente massivos nos centros das galáxias e os ampliasse por um fator de 11? Isso é o que os pesquisadores sugeriram em um artigo de setembro discutindo a possibilidade de "buracos negros incrivelmente grandes" (SLABs).
Esses objetos pesarão pelo menos 1 trilhão de vezes a massa do Sol, 10 vezes mais que o maior buraco negro conhecido atualmente, o monstro de 66 bilhões de massa solar chamado SEU 618. Alguns dos SLABs podem ter se formado no início do universo, criando outra classe de buracos negros primordiais, o que significa que poderíamos ver sua impressão no fundo cósmico de micro-ondas quando nosso universo tinha apenas 380 anos. Outros podem ser detectados observando como eles dobram a luz de estrelas distantes se um SLAB estiver entre nós. Este conceito ainda permanece hipotético, mas está atraindo cada vez mais atenção.
A maioria dos pares de buracos negros detectados pelos instrumentos LIGO e Virgo tem aproximadamente a mesma massa. Mas em abril, a colaboração anunciou que estava assistindo a catástrofe mais assimétrica.
Os objetos que colidiram a uma distância de cerca de 2,4 bilhões de anos-luz de nós tinham uma massa de cerca de 8 e 30 vezes a do nosso Sol, respectivamente. Um evento tão inesperado foi considerado raro o suficiente para que as instalações de ondas gravitacionais não o notassem depois de apenas alguns anos. A descoberta desafia essas suposições e leva os pesquisadores a considerar a possibilidade de fusões hierárquicas, nas quais um buraco negro colide com outro e, em seguida, o remanescente resultante se funde com outro buraco negro.
Quando um objeto massivo se aproxima de um buraco negro a uma certa distância, as forças gravitacionais extremas presentes podem rasgar o objeto em longos fios de material que se espalham por toda parte.
Esse processo, coloquialmente chamado de espaguetificação, raramente foi observado porque a maioria dos buracos negros é cercada por uma nuvem obscurecida de gás e poeira. Mas em outubro, astrônomos do Observatório Europeu do Sul conseguiram tirar uma foto Espaguetificação da estrela em detalhes sem precedentes usando o Very Large Telescope e o New Technology Telescope. Este evento, conhecido como EM 2019qiz, dará aos pesquisadores uma visão desses fenômenos e os ajudará a entender melhor a gravidade em condições extremas.
Ninguém quer chegar muito perto de um buraco negro. Felizmente, o Pac-Man cósmico foi visto em maio orbitando um par de estrelas companheiras conhecidas como RH 6819, está a uma distância astronômica segura de seus parceiros.
O novo buraco negro espreita a 1000 anos-luz da Terra na constelação sul do Telescopium, três vezes mais perto do que o recordista anterior. Os astrônomos não podem observar diretamente o próprio buraco negro, mas foram capazes de inferir sua presença com base em como ele afeta gravitacionalmente dois outros objetos no sistema. Observadores no Hemisfério Sul podem ver as estrelas do sistema HR 6819 a olho nu, olhando para um mapa estelar e olhando na constelação Telescopium, perto da fronteira com a constelação Pavo.
Para que um buraco negro se forme, a matéria e a energia devem colapsar a um ponto minúsculo de densidade infinita. Como tais infinitos deveriam ser fisicamente impossíveis, os teóricos há muito procuram uma maneira de contornar um resultado tão estranho.
De acordo com a teoria das cordas, que substitui todas as partículas e forças por cordas subatômicas e vibrantes, os buracos negros podem se tornar algo ainda mais estranho – um emaranhado de cordas fundamentais, como fios felpudos. Em outubro, um estudo mostrou que se os átomos em estrelas de nêutrons, um tipo de remanescente estelar não denso o suficiente para formar um buraco negro, fossem na verdade um feixe de cordas, então comprimir essas cordas não formaria um buraco negro, mas um bola fofa - isso seria semelhante ao novelo de lã mencionado acima. A estranha ideia ainda não foi totalmente implementada, mas é uma das alternativas possíveis para trabalhar com infinito.
Segundo os físicos, todo buraco negro deveria ser cercado pelos chamados Horizonte de eventos - um limite através do qual, tendo caído, você nunca mais sairá. No entanto, desde que os buracos negros foram postulados pela primeira vez, os pesquisadores questionaram se um horizonte de eventos é estritamente necessário.
Pode haver um buraco negro sem ele, os chamados buraco negro "nu"? Isso pode ser perigoso porque as leis conhecidas da física são violadas dentro do horizonte de eventos de um buraco negro, e um buraco negro nu não pode fornecer a proteção dessa barreira. Enquanto a maioria dos teóricos acredita que a nudez é uma impossibilidade para os buracos negros, um artigo de novembro disse que há uma maneira de testar com certeza. O truque é procurar diferenças nos discos de acreção ou anéis de gás e poeira formados pela alimentação do buraco negro, o que pode indicar uma diferença visível entre buracos negros nus e normais.
O Natal chegou mais cedo este ano para os cientistas de buracos negros. Em outubro, a comunidade de observadores LIGO e sua contraparte européia Virgo lançaram um grande novo catálogo de dezenas de sinais de ondas gravitacionais, descoberto no período de abril a setembro de 2019.
Os 39 eventos incluíram uma série de descobertas intrigantes, como uma fusão massiva de buracos negros que resultou em um remanescente com a massa de 142 sóis, um evento extremamente unilateral com massas de objetos maiores que o Sol e um objeto misterioso que apareceu ser um pequeno buraco negro ou uma grande estrela de nêutrons. Os pesquisadores ficaram entusiasmados com os dados, que mostraram que os objetos recebem uma média de um novo sinal a cada cinco dias e planejam usá-lo para entender melhor o comportamento e a frequência das fusões de buracos negros.
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