são negros e parecem buracos sem fundo. O que lhes chamarias?- Eu, quando um amigo me perguntou Por que eles são chamados o que eles são
Ah, buracos negros. O derradeiro indutor de arrepios do cosmos, tubarões a bater, aranhas a saltar, assustadoras … algo assustador. Mas estamos fascinados por eles, sem dúvida — mesmo que não entendamos muito sobre eles.Mas é por isso que estou aqui. Permita-me ser o seu guia turístico para o infinito. Ou o inverso, suponho. Já que é Halloween isto parece apropriado … e o meu livro “morte dos céus”! acabou de sair, e há muitas maneiras de um buraco negro destruir a Terra. Mwuhahahaha.
assim Abaixo eu apresento dez fatos sobre buracos negros-o terceiro na minha série de Dez coisas que você não sabe (o primeiro foi na Via Láctea; o segundo sobre a Terra). Os leitores normais saberão alguns destes desde que falei sobre eles antes, mas espero que não saibas todos estes. E se você fizer, então sinta-se livre para deixar um comentário preening sobre o seu intelecto superior. Lembre-se, esta lista está longe de estar completa: eu poderia ter escolhido provavelmente 50 coisas que são estranhas sobre buracos negros. Mas eu gosto destes.Não é a sua massa, é o seu tamanho que os torna tão fortes.OK, primeiro, um primer muito rápido em buracos negros. Tenham paciência comigo!
a forma mais comum para um buraco negro se formar é no núcleo de uma estrela massiva. O núcleo fica sem combustível e colapsa. Isto desencadeia uma onda de choque, explodindo camadas externas da estrela, causando uma supernova. Assim, o coração da estrela colapsa enquanto o resto explode para fora (esta é a versão do Cliff notes; para mais detalhes sobre o processo — que é muito legal, então você deve lê — lo-confira minha descrição dele).
à medida que o núcleo colapsa, a sua gravidade aumenta. Em algum ponto, se o núcleo é massivo o suficiente (cerca de 3 vezes a massa do sol), a gravidade torna-se tão forte que mesmo na superfície do núcleo em colapso a velocidade de escape aumenta para a velocidade da luz. Isso significa que nada pode escapar da gravidade deste objeto, nem mesmo a luz. Então é preto. E como Nada pode escapar, bem, leia a citação no topo da página.
a região em torno do próprio buraco negro onde a velocidade de escape é igual à velocidade da luz é chamada de horizonte de eventos. Qualquer evento que aconteça dentro dele é invisível para sempre.Ok, então agora você sabe o que é um, e como eles se formam. Posso explicar porque têm uma gravidade tão forte, mas sabes que mais? Prefiro deixar este tipo fazê-lo. Ouvi dizer que ele é bom.Aqui está. Claro, a missa é importante, mas às vezes são as pequenas coisas que contam.
eles não são infinitamente pequenos.Muito bem, são pequenos, mas quão pequenos são?Estava a escrever sobre buracos negros no meu trabalho anterior, e tivemos uma discussão divertida sobre o que queríamos dizer com Buraco Negro: o objecto em si que cai para um ponto matemático, ou o horizonte de eventos que o rodeia? Eu disse o horizonte de eventos, mas o meu chefe disse que era o objecto. Eu decidi que ela tinha razão (HAHAHAHAHA! Um “ponto”! Homem, eu me mato), e certificou-se de que quando eu escrevi sobre o horizonte de eventos versus o buraco negro em si eu estava me tornando claro.
como eu disse acima, para o núcleo em colapso, o seu relógio continua a tiquetaque, por isso vê-se a entrar em colapso até um ponto, mesmo que o horizonte de eventos tenha algum tamanho finito.
o que acontece ao núcleo? A massa que colapsou?Aqui, nunca teremos a certeza. Não conseguimos ver, e de certeza que não vai enviar nenhuma informação. Mas a nossa matemática nestas situações é muito boa, e podemos pelo menos aplicá-las ao núcleo em colapso, mesmo quando é menor que o horizonte de eventos.
vai continuar a colapsar, e a gravidade aumenta. Menor, menor… e quando eu era criança eu sempre li que ele cai todo o caminho até um ponto geométrico, um objeto sem dimensões nenhumas. Isso incomodou-me muito, como podes imaginar. Porque é errado.
em algum momento, o núcleo em colapso será menor que um átomo, menor que um núcleo, menor que um elétron. Ele acabará por chegar a um tamanho chamado comprimento de Planck, uma unidade tão pequena que a mecânica quântica o governa com um punho de ferro. Um comprimento de Planck é um tipo de limite de tamanho quântico.: se um objeto fica menor do que isso, literalmente não podemos saber muito sobre ele com qualquer certeza. A física real é complicada, mas quando o núcleo em colapso atinge este tamanho, mesmo que de alguma forma conseguíssemos perfurar o horizonte de eventos, não conseguiríamos medir o seu tamanho real. Na verdade, o termo “tamanho real” não significa nada neste tipo de escala. Se o próprio universo te impede de o medir, mais vale dizeres que o termo não tem significado.
e quão pequeno é o comprimento de Planck? Minúsculo: cerca de 10^-35 metros. É cem quintilhões do tamanho de um próton.Então, se alguém diz que um buraco negro tem tamanho zero, você pode ser todo nerd e técnico e dizer, não realmente, mas meh. Perto o suficiente.São esferas. E definitivamente não têm forma de funil.
a gravidade que você sente de um objeto depende de duas coisas: a massa do objeto, e sua distância desse objeto. Isto significa que qualquer um a uma determinada distância de um objeto massivo-digamos, um milhão de quilômetros-sentiria a mesma força de gravidade a partir dele. Essa distância define uma esfera em torno de um objeto: qualquer um na superfície da esfera sentiria a mesma gravidade do objeto no centro.
o tamanho de um horizonte de eventos de um buraco negro depende da gravidade, então realmente o horizonte de Eventos é uma esfera em torno do buraco negro. Do lado de fora, se você pudesse descobrir como ver o horizonte de eventos em primeiro lugar, ele se pareceria com uma esfera preta.
algumas pessoas pensam em buracos negros como sendo círculos, ou pior, em forma de funil. A coisa funil é um equívoco de pessoas tentando explicar a gravidade como uma dobra no espaço, e eles simplificam as coisas colapsando o espaço 3D em 2D; eles dizem que o espaço é como um lençol de cama, e objetos com o espaço de dobra de massa da mesma forma que um objeto massivo (uma bola de bowling, digamos) vai deformar um lençol de cama. Mas o espaço não é 2D, é 3D (mesmo 4D se você incluir o tempo) e assim esta explicação pode confundir as pessoas sobre a forma real de um horizonte de eventos de Buraco Negro.Tive filhos a perguntar-me o que acontece se te aproximares de um buraco negro por baixo! Às vezes não percebem que os buracos negros são esferas, e não há por baixo. Culpo a história do funil. Infelizmente, é a melhor analogia que já vi, por isso estamos presos a ela. Usa-o com cuidado.
os buracos negros giram!É um pensamento estranho, mas os buracos negros podem girar. As estrelas rodam, e quando o núcleo colapsa a velocidade de rotação, muito acima (a analogia habitual é a de um patinador de gelo que traz em seus braços, aumentando sua velocidade de rotação). À medida que o núcleo da estrela fica menor, ela gira mais rapidamente. Se não tiver massa suficiente para se tornar um buraco negro, a matéria é espremida para formar uma estrela de nêutrons, uma bola de nêutrons a alguns quilômetros de diâmetro. Detectamos centenas desses objetos, e eles tendem a girar muito rapidamente, às vezes centenas de vezes por segundo!
o mesmo é verdadeiro para um buraco negro. Mesmo que a matéria encolha mais abaixo do que o horizonte de eventos e esteja perdida para sempre para o universo exterior, a matéria ainda está girando. Não está totalmente claro o que isso significa se você está tentando calcular o que acontece com a matéria uma vez que está dentro do horizonte de eventos. A força centrífuga impede-o de colapsar até ao comprimento de Planck? A matemática é diabólica, mas capaz de fazer, e implica que a matéria caindo vai atingir a matéria dentro do horizonte de eventos tentando cair mais, mas incapaz de devido à rotação, isso causa uma enorme pilha e alguns fogos de artifício bastante espetaculares … que nunca veremos, porque é do outro lado do infinito. Chatice.Perto de um buraco negro, as coisas ficam estranhas.
a rotação do buraco negro lança um macaco na chave inglesa do horizonte de eventos. Os buracos negros distorcem o tecido do próprio espaço, e se eles girarem essa distorção em si fica distorcida. O espaço pode ser enrolado em torno de um buraco negro — como o tecido de uma folha que é apanhada numa broca rotativa.Isto cria uma região de espaço fora do horizonte de eventos chamada ergosfera. É um esferóide oblato, uma forma de bola achatada, e se você está fora do horizonte de eventos, mas dentro da ergosfera, você vai descobrir que você não pode ficar quieto. Literalmente. O espaço está a ser arrastado para além de TI, e leva-te com ele. Você pode facilmente mover-se na direção da rotação do buraco negro, mas se você tentar pairar, você não pode. na verdade, dentro da ergosfera o espaço está se movendo mais rápido do que a luz! A matéria não pode mover-se tão rápido, mas acontece que, de acordo com Einstein, o próprio espaço pode. Então, se você quiser pairar sobre um buraco negro, você teria que se mover mais rápido do que a luz na direção oposta à rotação. Você não pode fazer isso, então você tem que se mover com a rotação, voar para longe, ou cair dentro. Essas são as tuas escolhas.
sugiro voar para longe. Rapido. Porque …
aproximar-se de um buraco negro pode matar-te de formas divertidas. E por Diversão, quero dizer horripilante, horripilante, e realmente ookie.Claro, se te aproximares muito, plop! Caíste. Mas mesmo que mantenhas a distância ainda estás em apuros …
a gravidade depende da distância. Quanto mais longe estamos de um objecto, mais fraca é a sua gravidade. Então, se você tem um objeto longo perto de um objeto massivo, o objeto longo sentirá uma força gravitacional mais forte na extremidade próxima contra uma força mais fraca na extremidade distante! Esta mudança na gravidade sobre a distância é chamada de força de maré (que é um pouco um termo errado, não é realmente uma força, é uma força diferencial, e sim, está relacionado com a razão pela qual temos marés na terra a partir da lua).
a questão é que os buracos negros podem ser pequenos — um BH com uma massa de cerca de três vezes o Sol tem um horizonte de eventos apenas alguns quilômetros de diâmetro — e isso significa que você pode chegar perto deles. E isso por sua vez significa que a força de maré que você sente de um pode ficar angustiantemente grande.Digamos que você cai os pés primeiro em uma massa estelar BH. Acontece que à medida que se aproxima, a diferença de gravidade entre a cabeça e os pés pode ficar enorme. ENORME. A força pode ser tão forte que seus pés são arrancados de sua cabeça com centenas de milhões de vezes a força da gravidade da Terra. Você seria esticado em uma longa e fina cadeia e depois triturado.
os astrónomos chamam a esta esparguetificação. Ewwww.Por isso, aproximar-se de um buraco negro é perigoso, mesmo que não caias. Evidentemente, há realmente uma maré nos assuntos dos homens.
os buracos negros nem sempre são escuros.A questão é que os buracos negros podem matar de muito longe.
a matéria que caísse num buraco negro raramente, se alguma vez caísse directamente para dentro e desaparecesse. Se tiver um pouco de movimento lateral, vai dar a volta ao buraco negro. À medida que mais matéria cai, toda esta tralha pode acumular-se à volta do buraco. Devido à forma como os objetos rotativos se comportam, esta matéria irá criar um disco de material rodando loucamente em torno do buraco, e porque a gravidade do buraco muda tão rapidamente com a distância, a matéria próxima estará orbitando muito mais rápido do que as coisas mais distantes. Esta matéria literalmente esfrega-se, gerando calor através da fricção. Isto pode ficar muito quente, Tipo milhões de graus. Matéria que brilha com brilho intenso … o que significa que perto do buraco negro, esta matéria pode ser seriamente luminosa.
pior, forças magnéticas e outras podem focar dois feixes de energia que vão arando para fora dos pólos do disco. Os feixes começam logo fora do buraco negro, mas podem ser vistos por milhões ou até bilhões de anos-luz de distância.São brilhantes.
de facto, os buracos negros que estão a comer matéria desta forma podem brilhar tanto que se tornam os objectos mais brilhantes e continuamente emissores no universo! Chamamos a isto buracos negros activos.
e como se os buracos negros não fossem suficientemente perigosos, a matéria fica tão quente mesmo antes de fazer o mergulho final que pode emitir furiosamente raios-X, formas de luz de alta energia (e os feixes podem emitir luz de energia ainda maior do que isso). Por isso, mesmo que estaciones a tua nave fora do horizonte de eventos de um buraco negro, se outra coisa cair e for desfeita, serás recompensada por seres frita pelo equivalente a um milhão de exames dentários.
posso ter mencionado isto: os buracos negros são perigosos. É melhor ficar longe deles.Os buracos negros nem sempre são perigosos.Dito isto, deixe-me fazer-lhe uma pergunta: se eu pegasse no sol e o substituísse por cristais de Folgers um buraco negro da mesma massa, o que aconteceria? A Terra cairia, seria atirada para longe, ou apenas Orbita como sempre?A maioria das pessoas pensa que a Terra cairia, sugada inexoravelmente pela poderosa gravidade do buraco negro. Mas lembre-se, a gravidade que você sente de um objeto depende da massa do objeto e sua distância dele. Eu disse que o buraco negro tem a mesma massa que o sol, lembras-te? E a distância da terra não mudou. Então a gravidade que sentiríamos daqui, a 150 milhões de quilómetros, seria exactamente a mesma! Então a Terra orbitaria o buraco negro solar tão bem quanto orbita o sol agora.Claro que morreríamos congelados. Não podes ter tudo.Os buracos negros podem ficar grandes.Q: O Que Acontece se dois buracos negros de massa estelar colidirem?
A: você tem um buraco negro maior.Pode extrapolar daí. Os buracos negros podem comer outros objetos, incluindo outros buracos negros, para que possam crescer. Pensamos que no início do universo, quando galáxias estavam se formando, matéria coletando no centro da galáxia nascente pode colapsar para formar um buraco negro muito massivo. À medida que mais matéria cai, o buraco Devorador consome-a e cresce. Eventualmente você tem um buraco negro supermassivo, um com milhões ou até bilhões de vezes a massa do sol.
no entanto, lembre-se que à medida que a matéria cai nela pode ficar quente. Pode ser tão quente que a pressão da própria luz pode explodir o material que está mais distante, um pouco como o vento solar, mas em uma escala muito maior. A força do vento depende de muitas coisas, incluindo a massa do buraco negro; quanto mais forte o buraco, mais ventoso o vento. Este vento impede mais matéria de cair dentro, assim que age como uma válvula de corte para o buraco cada vez mais girthy.
não só isso, mas com o tempo o gás e a poeira em torno do buraco negro (bem, muito longe, mas ainda perto do centro da galáxia) se transforma em estrelas. O gás pode cair em um buraco negro mais facilmente do que as estrelas (se as nuvens de gás colidem de cabeça em seu movimento em relação ao buraco negro pode parar, permitindo-lhes cair em; as estrelas são muito pequenas e muito distantes para que isso aconteça). Então, eventualmente, o buraco negro pára de consumir matéria porque nada mais está caindo nele. Deixa de crescer, a galáxia fica estável e toda a gente fica feliz.De fato, quando olhamos para o universo hoje, vemos que praticamente todas as grandes galáxias têm um buraco negro supermassivo em seu coração. Até a Via Láctea tem um buraco negro no seu núcleo com uma massa de quatro milhões de vezes a do sol. Antes de começares a correr em círculos e a gritar, lembra-te disto.: 1) é um longo caminho, 26.000 anos-luz (260 quadriliões de quilômetros), 2) sua massa ainda é muito pequena em comparação com os 200 bilhões de massas solares de nossa galáxia, e portanto 3) ele não pode realmente nos prejudicar. A menos que comece a alimentar-se activamente. Mas pode começar um dia, se algo cair nela. Embora não saibamos de nada que possa cair nele em breve. Mas podemos perder gás frio.
Hmmm.De qualquer forma, lembre-se disso: mesmo que buracos negros possam causar morte e destruição em grande escala, eles também ajudam as galáxias a formar-se! Então devemos a nossa existência a eles.Os buracos negros podem ser de baixa densidade.De todas as esquisitices sobre buracos negros, esta é a mais estranha para mim.
como seria de esperar, o horizonte de eventos de um buraco negro fica maior à medida que a massa aumenta. Isso é porque se você adicionar massa, a gravidade fica mais forte, o que significa que o horizonte de Eventos vai crescer.Se fizer as contas com cuidado, verá que o horizonte de eventos cresce linearmente com a massa. Por outras palavras, se duplicar a massa do Buraco Negro, o raio do horizonte de eventos também duplica.Isso é estranho! Por quê?
o volume de uma esfera depende do cubo do raio (pense de volta para o ensino médio: volume = 4/3 x π x radius3). Duplica o raio e o volume aumenta 2 x 2 x 2 = 8 vezes. Fazer o raio de uma esfera 10 vezes maior e o volume sobe por um fator de 10 x 10 x 10 = 1000.
assim o volume sobe muito rapidamente à medida que você aumenta o tamanho de uma esfera.Agora imagine que tem duas esferas de argila do mesmo tamanho. Junta-os. A esfera resultante é duas vezes maior?Não! Duplicaste a massa, mas o raio só aumenta um pouco. Porque o volume vai como raio em cubos, para duplicar o raio da tua bola de argila final, precisarias de juntar oito deles.Mas isso é diferente de um buraco negro. Duplica a massa, duplica o tamanho do horizonte de eventos. Isso tem uma implicação estranha…
densidade é a quantidade de massa embalada em um determinado volume. Mantenha o tamanho igual e adicione massa, e a densidade sobe. Aumenta o volume, mas mantém a massa igual, e a densidade desce. Percebeste?Então agora vamos olhar para a densidade média da matéria dentro do horizonte de eventos do buraco negro. Se eu pegar em dois buracos negros idênticos e colidi-los, o tamanho do horizonte de eventos duplica, e a massa duplica também. Mas o volume aumentou oito vezes! Então a densidade realmente diminui, e é 1/4 o que eu comecei com (duas vezes a massa e oito vezes o volume lhe dá 1/4 a densidade). Continue fazendo isso, e a densidade diminui.
um buraco negro regular — ou seja, um com três vezes a massa do sol — com um raio de horizonte de eventos de cerca de 9 km. Isso significa que tem uma enorme densidade, cerca de dois quadriliões de gramas por cm cúbico (2 x 1015). Mas o dobro da massa, e a densidade cai por um fator de quatro. Coloque 10 vezes a massa e a densidade cai em um fator de 100. Um bilhão de Buraco negro de massa solar (grande, mas nós os vemos tão grande em centros de galáxias) iria cair essa densidade por um fator de 1 x 1018. Isso dar-lhe-ia uma densidade de aproximadamente 1/1000 de um grama por cc… e essa é a densidade do ar!Um buraco negro de massa solar teria um horizonte de eventos de 3 bilhões de km em raio-aproximadamente a distância de Netuno ao sol.Vês onde quero chegar? Se você tivesse que atar o sistema solar para fora de Netuno, encerrá-lo em uma esfera gigante, e enchê-lo com ar, seria um buraco negro!Isso, para mim, é de longe a coisa mais estranha sobre buracos negros. Claro, eles distorcem o espaço, distorcem o tempo, brincam com a nossa noção do que é real e não é… mas quando tocam no dia-a-dia e se metem com isso, bem, é isso que me irrita.
eu pensei nisso pela primeira vez em uma conferência de Buraco Negro em Stanford alguns anos atrás. Estava a andar com o famoso Perito em buracos negros, Roger Blandford, quando me atingiu. Fiz um cálculo mental rápido para ter a certeza que tinha os números certos, e relacionado com o Roger que um sistema solar cheio de ar seria um buraco negro. Ele pensou sobre isso por um momento e disse, “Sim, isso parece certo.”
And that, me droogs, was one of the coolest moments of my hole life. Mas pensar nisso ainda me faz doer o cérebro.O Que posso dizer? Os buracos negros são estranhos.
como acontece, havia muito mais que se poderia dizer sobre eles, é claro. E os buracos de minhoca? E como se formam? e a radiação Hawking? Os buracos negros podem evaporar-se?
você pode encontrar respostas para estas e outras perguntas em outros lugares na web( e mesmo neste mesmo blog); eu não poderia cobrir tudo em apenas dez seções! Mas vou notar o Capítulo 5 do meu livro “morte dos céus”! fala em detalhes sobre como eles se formam, e o que eles podem fazer se você chegar muito perto deles. Capítulos posteriores também falam sobre o buraco negro no núcleo da Via Láctea, e o que vai acontecer aos buracos negros por muito tempo a partir de agora… literalmente, 1060, 1070, até mesmo um googol anos a partir de agora.Mas mesmo assim, isso não é a coisa mais assustadora dos buracos negros. Quase não pus isto no post, é tão assustador. Mas eu sou um cientista, e nós somos céticos aqui, por isso podemos aceitar. Então apresento – vos, a pior coisa sobre buracos negros de todas: