Um cabo forte o salvará ou seu destino será uma conclusão precipitada?

Ninguém ainda foi capaz e não será capaz de evitar as consequências de suas decisões.
- Alfred A. Montapert

Todos podem enviar suas perguntas e sugestões para minha coluna, mas apenas alguns selecionados terão a sorte de receber uma resposta. Nesta semana, a honra é do usuário klooloola, que deseja esclarecer a existência de oportunidades de fuga de um buraco negro. Um fóton, é claro, não pode escapar dele, mas talvez algo mais possa, se organizarmos tudo da seguinte maneira:

Será que é possível sair de um buraco negro? Não acelerando até a velocidade de fuga, mas usando um elevador hipotético. Então você não precisa voar mais rápido que a luz. Você não precisa superar a primeira velocidade cósmica subindo no elevador. Um navio grande fora do horizonte de eventos de um grande buraco negro com pequenas forças de maré poderia pendurar um homem em um cabo, abaixá-lo para além do horizonte de eventos e puxá-lo de volta.

Idéia interessante. Vamos ver se é possível, ou qualquer outro método.

Um buraco negro não é apenas uma singularidade superdensa e supermassiva, na qual o espaço é tão curvo que tudo o que caiu lá não pode escapar. Geralmente imaginamos assim, mas um buraco negro, para ser mais preciso, é uma região do espaço em torno de objetos dos quais nem matéria nem energia - nem mesmo a luz - podem escapar.

Não há nada particularmente exótico aqui. Se você pegar o Sol como ele é e comprimir vários quilômetros de diâmetro, obterá exatamente um buraco negro. Embora o Sol não esteja em perigo de uma transformação dessas, há estrelas que se transformarão em buracos negros assim.

As estrelas mais massivas do Universo são estrelas com uma massa que excede a solar em vinte, quarenta, cem, ou mesmo no centro do superaglomerado na foto acima, 260 vezes o objeto mais azul, mais quente e mais brilhante. Eles também queimam o combustível nuclear mais rápido em seu núcleo: em apenas um ou dois milhões de anos, em vez de bilhões, como o Sol.

Quando uma estrela fica sem combustível, os núcleos de átomos dentro dela são submetidos a uma enorme pressão gravitacional: tão forte que, sem a pressão de resposta da radiação que surge durante a fusão nuclear, eles entram em colapso. Em situações menos extremas, tanta energia é acumulada nos núcleos e nos elétrons que, como resultado da síntese, eles se transformam em uma massa ligada de nêutrons. Se a massa do núcleo é várias vezes maior que a massa do Sol, esses nêutrons são tão densos e maciços que também entram em colapso e se transformam em um buraco negro.

Lembre-se de que essa é a massa mínima de um buraco negro: algumas massas solares. Os buracos negros podem crescer muito mais se fundindo, absorvendo matéria e energia e se movendo para o centro da galáxia. No centro da Via Láctea, um objeto foi encontrado com uma massa de quatro milhões de energia solar, em torno da qual estrelas individuais giram e que, ao mesmo tempo, não emitem luz em nenhum comprimento de onda.

Em outras galáxias, buracos negros mais maciços podem existir, milhares de vezes maiores que os nossos, e não há limite superior teórico para sua massa. Mas ainda não mencionamos duas propriedades interessantes dos buracos negros, que devem nos levar à resposta à pergunta de hoje. O primeiro é o que acontece com o espaço à medida que a massa de um buraco negro aumenta.

Pela definição de um buraco negro, nenhum objeto pode escapar de sua atração gravitacional, independentemente de sua velocidade, mesmo que seja igual à velocidade da luz. Esse limite entre o local onde o objeto pode escapar e onde não pode, é conhecido como horizonte de eventos e todo buraco tem.

Pode surpreendê-lo, mas a curvatura do espaço é muito menor no horizonte de eventos em torno dos buracos negros mais maciços e muito mais em torno dos buracos menos maciços. Imagine o seguinte: se você "ficasse" no horizonte de eventos de um buraco negro, e seus pés estivessem na fronteira, e sua cabeça estivesse em algum lugar a 1,6 metros da singularidade, seu corpo seria afetado pela força que o estica. Se fosse um buraco negro no centro de nossa galáxia, essa força de tração seria apenas 0,1% da gravidade da Terra. E se a Terra se transformasse em um buraco negro e você estivesse no horizonte de eventos, a força tênsil seria 10 a ²⁰ vezes mais forte que a gravidade!

Em tais condições, tivemos que verificar a suposição do leitor. É claro que, se essas forças de tração são tão pequenas nos limites do horizonte de eventos, elas não devem ser muito maiores dentro dela e, portanto, dadas as forças eletromagnéticas que mantêm objetos sólidos, talvez possamos suspender o objeto fora do horizonte de eventos, cruzá-lo e esticá-lo objeto de volta.

Mas isso é possível? Para entender, voltemos ao que está acontecendo na própria fronteira entre a estrela de nêutrons e o buraco negro: na fronteira da massa necessária.

Imagine que você tem uma bola de nêutrons incrivelmente densa, da qual um fóton ainda pode escapar da superfície, em vez de ter que voltar para a estrela. Colocamos outro nêutron em sua superfície e, de repente, o núcleo perde a capacidade de conter o colapso gravitacional. Mas discordamos de pensamentos sobre o que está acontecendo em sua superfície e imaginamos o que está acontecendo dentro da região da formação do buraco negro.

Imagine um nêutron separado que consiste em quarks e glúons e imagine que os glúons precisam passar de um quark para outro para transferir interações.

Um dos quarks estará mais próximo da singularidade no centro do buraco negro do que o outro. Para a troca de interações - e para a estabilidade do nêutron - o glúon terá que, em algum momento, passar do quark próximo para o distante. Mas mesmo na velocidade da luz (e os glúons não têm massa) isso é impossível! Toda a geodésica zero, ou seja, os caminhos pelos quais passa um objeto que se move à velocidade da luz, leva a uma singularidade no centro do buraco negro. Além disso, eles nunca se afastam mais dele do que no momento em que a jornada começou.

Portanto, o nêutron dentro do horizonte de eventos do buraco negro precisa entrar em colapso e se tornar parte da singularidade no centro.

Voltamos, por exemplo, com um cabo. Quando qualquer partícula cruza o horizonte de eventos, já é impossível voltar - mesmo para a luz. Mas são precisamente os fótons e glúons que são necessários para transferir interações com partículas fora do horizonte de eventos - e elas não podem chegar lá!

Isso não significa que o cabo irá quebrar. Muito provavelmente, a força da gravidade arrastará toda a sua nave para dentro do buraco. Obviamente, forças em certas condições não o separarão, mas essa não é a razão pela qual o desejo por uma singularidade se torna inevitável. Essa é uma força incrível de atração e o fato de que partículas de qualquer massa, energia e velocidade só podem ser enviadas para a singularidade imediatamente após cruzar o horizonte de eventos.

E, infelizmente, por esse motivo, é impossível sair de um buraco negro depois de atravessar o horizonte de eventos. Obrigado pela pergunta maravilhosa e espero que tenha gostado da explicação! Envie-me suas perguntas e sugestões para os seguintes artigos.

Pergunte a Ethan nº 81: É possível sair de um buraco negro

Um cabo forte o salvará ou seu destino será uma conclusão precipitada?

More articles: