Olá! Minha vida está quase um buraco negro – ou não, dependendo da definição de buraco negro que você escolher. Estou para postar aqui informações incríveis que obtive com dois especialistas (e com muuuuita leitura) para escrever a matéria “Buracos nem tão negros assim”, publicada na revista Época – leia! leia! leia na íntegra! – e que não couberam na revista. Antes tarde do que nunca, devolvo as informações sobre o que é o temido corpo celeste (pegou a piada infame? leia a matéria e as informações abaixo para entender o trocadilho)!
Imagem: ESO
O que são buracos negros (Entrevista: Tânia Dominici, Museu de Astronomia e Ciências Afins (MAST), Rio de Janeiro)
Os buracos negros são estruturas celestes em regiões do espaço-tempo (o espaço é formado pelas três dimensões, altura, largura e comprimento) com a gravidade tão intensa que, a partir de um limite em seu entorno, nada pode escapar, segundo a teoria da relatividade geral. O que passa esse limite é “sugado” para dentro dele em uma viagem sem volta. Quer dizer, só é possível sair de dentro de um buraco negro se o tempo andar para trás. E, dentro dele, não há nada. Tudo o que entra no fenômeno segue cada vez mais para o centro para, afinal, tornar-se parte integrante da singularidade onde as noções de tempo e espaço perdem o sentido – algo difícil de imaginar.
Quando foram descobertos (Entrevista: Tânia Dominici)
John Michell, da Inglaterra, e Pierre-Simon, da França, usando as Leis de Newton sugeriram de maneira independente a existência de uma estrela invisível no final de 1790. Em 1915, a teoria da relatividade geral de Albert Einstein previa a existência de buracos negros. Em 1967, o físico teórico americano John Wheeler aplicou pela primeira vez o termo “buraco negro” para denominar esses corpos. Os primeiros indícios observacionais são da década de 1960. Atualmente, acredita-se que a maioria das galáxias tem um buraco negro no centro delas, como é o caso da nossa Via Láctea. Os astrônomos internacionais, utilizando os telescópios do European Southern Observatory (ESO) para monitorar o centro da Via Láctea, conseguiram provas conclusivas da existência do fenômeno. As trajetórias das estrelas orbitando aparentemente o vazio (veja vídeo impressionante) mostram que elas devem estar sujeitas à imensa atração gravitacional de um buraco negro, com uma massa de quase três milhões de vezes a do Sol. Até hoje, todas essas evidências são indiretas. Mas, em breve, deve ser possível (como pode ler na matéria ou saber mais aqui, em inglês).
Como nasce um buraco negro estelar (Entrevista: Tânia Dominici)
Existem três tipos de buracos negros com origens e papéis distintos na constituição do universo: os estelares, os supermaciços e os primordiais (ou miniburacos negros).
• Os supermaciços são encontrados no centro da maioria das galáxias e podem possuir massas equivalentes a bilhões de estrelas como o Sol. Ainda não se sabe ao certo como são gerados, mas possuem papel fundamental na formação de estruturas e na evolução do universo.
• Os buracos negros primordiais são propostas teóricas. Eles teriam surgido no universo primordial, criados com o Big Bang a partir de flutuações na densidade da matéria. Esses buracos negros poderiam ter tamanhos subatômicos. Propostas mais recentes apontam que, se uma parcela deles não tiver evaporado, podem ser uma componente da misteriosa matéria escura.
• Os buracos negros estelares são os mais comuns e resultam dos estágios finais da vida de estrelas.
Buracos negros estelares (Entrevista: Tânia Dominici)
Nem todas as estrelas terminarão a sua vida como buracos negros. Apenas as de maior massa, que iniciaram sua vida com massas entre 25 e 100 vezes a massa do Sol (a massa do Sol é 1.98 x 1030 kg), devem se tornar um buraco negro. Entenda como uma estrela pode, curiosamente, vir a ser um buraco negro (em etapas):
1. A estrela nasce da contração de nuvens de poeira e gás no meio interestelar, a partir do momento em que a força gravitacional da matéria em direção ao núcleo é equilibrada pela força da radiação, gerada pela fusão de átomos de hidrogênio no seu centro.
2. Quando o hidrogênio no centro da estrela é todo consumido na formação de hélio, esses átomos começam a se fundir formando carbono e assim, sucessivamente, vão sendo criados elementos mais pesados. Durante essa evolução, as camadas mais externas da estrela sofrem processos de expansão.
3. Em certo momento, a estrela entra em uma fase evolutiva chamada de Wolf-Rayet, que se caracteriza pela variabilidade de brilho e deficiência em hidrogênio. A estrela é envolta por poeira e gás ejetados por ela própria devida à forte pressão de radiação.
4. A formação de elementos cada vez pesados continua no núcleo até que este chega ao ferro. Nesse ponto o núcleo da estrela sofre um colapso, no fenômeno conhecido como supernova.
5. Após a explosão da supernova, permanece um remanescente com grande massa. Sem o combustível que mantém a estrela gerando radiação para equilibrar a força gravitacional, a estrela implode sobre si mesma, dando origem ao buraco negro.
E o Hawking com isso?
Com o artigo recém publicado, o cientista britânico Stephen Hawking procura resolver o chamado por alguns pesquisadores “paradoxo da informação” – outros acreditam que não há “paradoxo” algum. Segundo George Matsas, Instituto de Física Teórica da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” (Unesp): “Usar a palavra paradoxo para descrever a perda de informação em buracos negros é totalmente imprópria, pois a perda de informação em buracos predita pelo efeito Hawking é totalmente compatível com a mecânica quântica e com a relatividade geral”. Saiba mais na matéria.
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astronomia, viagem
Você gosta de ficção científica?
18 de dezembro de 2012 Isis Nóbile Diniz 8 Comentários
*Este post é uma participação especial do meu irmão Gabriel Nóbile Diniz, que também é engenheiro químico e nerd – veja o canal dele no YouTube.
Naves espaciais, armas a laser, robôs quase humanos, equipamentos estranhos, Pads…
Eu acho fantástico. Adoro! E é muito interessante ver como os filmes de ficção científica
antigos têm coisas… atuais!
Quando nós assistimos a um filme de ficção científica antigo, nós vemos que alguma parte da “ficção” se tornou real. Por exemplo, os Pads que apareciam antigamente, se tornaram reais. Robôs com comportamento humano estão sendo criados, com mais e mais inovações. Carros e outros veículos com recurso de camuflagem, invisíveis à primeira vista, estão sendo desenvolvidos a partir de câmeras fotográficas e LED. A evolução da ciência segue seu curso.
Mas e o mais legal? E as naves espaciais com velocidade mais rápida que a luz? A exploração de outros sistemas solares?
Crédito: http://www.flickr.com/photos/andresrueda/
A estrela mais próxima do planeta Terra, tirando o Sol, é a Proxima Centauri, a mais de 4 anos-luz de distância (ou seja, a luz da Proxima Centauri demora 4 anos para atingir a Terra). Para você ter uma ideia do que isso significa, o Sol está 8 minutos-luz longe da Terra. E já é uma distância difícil de percorrer.
A velocidade da luz é a maior velocidade que um objeto pode atingir. Qualquer objeto. E atingir a velocidade da luz, simplesmente, não é possível. A luz chega a essa velocidade por que não tem massa. Só assim. Qualquer objeto com massa requer uma energia infinita para atingir a velocidade da luz. Então, é impossível.
Outra detalhe sobre a velocidade da luz é que o tempo é distorcido quando algum objeto chega a uma velocidade próxima. Enquanto no planeta Terra o tempo passa sempre na mesma velocidade, um objeto em uma velocidade próxima a luz está quase que parado no tempo. Complicado não? Tudo previsto por Einstein utilizando apenas um quadro negro.
Só que isso não ocorre nos filmes de ficção científica! Eles viajam a velocidades SUPERIORES à da luz usando propulsores especiais. Não são os mesmos propulsores que um foguete. São propulsores que empregam uma técnica especial de viagem espacial. E cada filme diferente tem uma técnica também diferente de viagem no espaço. São três técnicas conhecidas: Hiperespaço, Buraco de Verme e Dobra Dimensional.
Agora, um cientista resolveu provar que é possível utilizar a Dobra Dimensional na vida real. E está tentando colocar uma nave para voar a uma velocidade superior à da luz.
Mas, antes de falar desse cientista extremamente maluco desenvolvendo sua máquina, vou abordar as três teorias de viagem acima da velocidade da luz. Hiperespaço, Buraco de Verme e Dobra Dimensional. E tudo aquilo que é “real” sobre a ficção científica.
Hiperespaço
Crédito: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Hiperespaço é a forma de viagem mais comum em filmes. Funciona teletransportando a nave para um espaço alternativo onde as regras da física são diferentes do nosso espaço e, posteriormente, trazendo a nave para o espaço normal. Como é um espaço diferente do que vivemos, é chamado de Hiperespaço.
Nos filmes de ficção científica, a viagem por Hiperespaço requer grandes e precisos cálculos matemáticos para obter rotas. Em Star Wars, por exemplo, é necessário que a nave percorra caminhos já conhecidos pelo espaço para não colidir com nenhum astro ou objeto. Será fatal se ocorrer tal colisão. Quando o espaço não é “mapeado”, é necessário fazer diversos “pequenos saltos” para o Hiperespaço sempre visualizando os eventuais perigos e a viagem demora muito mais tempo que o normal.
Na trilogia de livros de Douglas Adams, “Guia dos Mochileiros da Galáxia”, um salto no Hiperespaço distorce a sensação de espaço ao redor de uma pessoa e depois o constrói novamente. A velocidade é tanta que até achata os objetos. Por isso, a viagem foi substituída pelo “Gerador de Improbabilidade Infinita”. Este faz o cálculo de “Qual a probabilidade de se fazer um Gerador de Improbabilidade Infinita” com a ajuda de chá pelando. É muito mais eficiente. Por alguma razão que ninguém sabe qual é…
Apesar de ser a forma mais comum de viagem mais rápida do que a luz citada por filmes, não existe qualquer referência a experimento ou teoria física que torne possível tal coisa. Não existe qualquer prova de uma dimensão, espaço ou local alternativo. Muito menos que seja possível viajar por ela.
Buraco de Verme (Wormhole ou Ponte Einstein-Rosen)
Crédito: http://www.flickr.com/photos/ge_photo/
A teoria de Buraco de Verme é possível em conceitos matemáticos, mas nunca foi feito na prática. Einstein falava que entre dois pontos no espaço é possível ter uma ponte, com distância menor do que percorrer o mesmo espaço em si. Em um exemplo visual, é como se você tivesse duas opções para atravessar um rio. Nadando por ele ou com uma ponte acima de você, entre os dois pontos. É mais rápido passar pela ponte desde que você consiga visualizá-la e percorrê-la.
O mesmo ocorre na teoria Buraco de Verme. Existe um caminho extra para ir de um ponto a outro do universo. A nave percorre o caminho a uma velocidade abaixo da luz. Porém, como o caminho percorrido é menor, a nave chega ao destino antes da luz que seguiu pelo caminho normal.
Buracos de Vermes não estão apenas limitados a viagem espacial. Através de Buracos de Vermes, teoricamente, é possível se viajar no tempo já que é considerado uma dimensão a ser calculada, de acordo com Einstein.
É claro que, mesmo em obras de ficção, a teoria se torna difícil de explicar. Podem existir Buracos de Verme naturais, criados aleatoriamente, sem um destino controlado pelas pessoas. Como um fenômeno natural. Só que eles são limitados a conectar os mesmos locais sempre. Também existem Buracos de Verme criados artificialmente, em que há um portal para ser atravessado e seguir de um ponto a outro. As máquinas que fazem isso nem sempre são explicadas.
Os mais famosos Buracos de Verme estão no seriado/filme “Stargate” e “Babylon 5”. “Stargate” tem um portal elegante e bonito e todo um efeito especial para jogar pessoas de um espaço para outro. Outro Buraco de Verme muito interessante está no jogo eletrônico “Portal” (com versões 1 e 2). Uma arma dispara portais faz o jogador percorrer um ponto ao outro, disparando o portal em uma parede lisa.
Como dito anteriormente, a teoria do Buraco de Verme, mesmo sendo a menos utilizada em filmes, é a mais provável. Afinal, o próprio Einstein foi quem começou a falar sobre ela.
Dobra Dimensional
Crédito: http://www.sxc.hu/photo/828752
A Dobra dimensional é conhecida nos filmes “Star Trek”. O conceito é muito simples. Pegue uma folha de papel. Qual é a distância mais curta que uma formiguinha num ponto pode ir até outro ponto do papel? Uma linha reta. Porém, se você pegar a folha de papel e dobrá-la, os dois pontos podem ficar encostados um ao outro. E a formiguinha não mais precisa andar o caminho. Isso é dobra dimensional. Pegar o espaço, o dobrar totalmente até que os dois pontos, onde está e o destino, estejam extremamente próximos. Difícil imaginar em três dimensões, não é?
Fazendo dessa forma, não é necessário percorrer o espaço na velocidade mais rápida que a luz, pois o espaço é que se dobrou para se percorrer os dois pontos. Isso sem quebrar a continuidade do espaço-tempo. Apenas distorcer o espaço e o tempo ao redor da nave. A nave é empurrada da mesma forma que um barquinho de papel em uma onda do mar. Na onda do mar, a água à frente do barco diminui e atrás do barco aumenta. É o que acontece com a nave espacial. O espaço atrás dela aumenta de tamanho e o espaço à frente diminui de tamanho.
A Dobra Dimensional é um fenômeno muito comum no espaço. Uma forma de dobra dimensional é vista ao redor de buracos negros. Buracos negros são grandes concentrações de massa em um único ponto do espaço. Um buraco negro de tamanho “intermediário” tem mil vezes a massa do Sol e o tamanho do planeta Terra.
Como a massa de um astro define sua gravidade, então esta se torna diferente do normal. A gravidade nestes locais é tão forte que o espaço e o tempo distorcem. E a luz ou qualquer onda eletromagnética que percorre a direção do buraco negro sofre uma alteração de seu caminho, como se no caminho da luz tivesse uma lente de vidro que force a luz percorrer um caminho mais árduo e diferente do que estava previsto. Este efeito chama-se Lente Gravitacional, muito fácil de se observada no espaço.
Muitas pessoas acreditam que a luz é atraída por buracos negros, por atração da gravidade. Isso não é verdade. A luz é um corpo sem massa, então ela não sofre atração pela gravidade. O que ocorre em buracos negros que impedem a luz de saírem dele, ou que faz com que a luz externa, olhando de fora, apresenta um “retardo” para sair do buraco negro é a Lente Gravitacional. O espaço-tempo é distorcido completamente. Não é culpa da atração gravitacional. A luz, no ponto de vista dela, está sempre percorrendo o caminho reto mais curto possível.
*****
A Dobra Dimensional que está sendo criada é chamada de Propulsão de Alcubierre. Sendo Alcubierre o físico mexicano que descobriu essa técnica a partir da fórmula da relatividade. Ele pegou as fórmulas de Einstein e as manipulou até ver, em números, uma maneira de distorcer o espaço mantendo o tempo parado sendo possível utilizar uma quantidade de energia para pular de um ponto a outro no universo.
Porém, a fórmula é difícil de aplicar. Para ser possível, é necessário usar algo chamado matéria exótica. A matéria exótica, como o próprio nome diz, é um tipo de matéria que não tem as mesmas propriedades físicas da matéria convencional. Por exemplo, a propriedade física mais comum é: matéria atrai matéria. Grandes corpos celestiais atraem objetos para si. Um grande corpo feito de Matéria Exótica repele corpos. Na ponta do lápis, uma matéria exótica desse tipo tem “massa negativa”, já que está fazendo o inverso.
Outra propriedade de qualquer matéria é que matéria pode ser transformada em energia. Muita energia. Trata-se da velha fórmula muito conhecida e pouco explicada E = mc² de Einstein. Ela significa que a Energia contida em uma massa é determinada multiplicando a massa pelo quadrado da velocidade da luz. Isso tem uma proporção catastrófica. Por exemplo, uma grama transformada em pura energia contém 25 milhões de kilowatt-hora. O que permite iluminar uma cidade. Ou, com essa energia, é possível fazer uma bomba de 21,5 kilotons, quase duas vezes mais forte que a bomba de Hiroshima.
Na teoria, a matéria exótica, dona de massa negativa, quando é transformada em energia faz na verdade energia negativa. É esta energia a necessária para fazer a Dobra Dimensional, de acordo com as contas de Alcubierre. Fazer uma viagem curta (daqui para a Proxima Centauri) vai requerer cerca de 700 kg (negativos, claro) de matéria exótica. É muita matéria exótica.
Se os cientistas não descobrirem como fazer matéria exótica de uma forma artificial ou não descobrirem como “minerar” em algum lugar, ficará difícil continuar os experimentos. Vamos ver o que a ciência terá a dizer sobre isso. Aguardaremos ansiosos!
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As fêmeas são XX e os machos XY. Além da discreta diferença, nós, mulheres, temos alguns bilhões de neurônios a menos. Nada de muito importante, já que nossas ligações cerebrais são imensamente mais eficientes que as deles. Também somos cheirosas, aplicadas e não precisamos mais dos homens para nos reproduzir. Aqui, mostro que ciência também é coisa de mulher. E, ainda por cima, muito atraente.
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