Será que buracos negros explodem?

Por Daniele Cavalcante | Editado por Patrícia Gnipper | 30 de Setembro de 2022 às 12h34

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Os buracos negros podem explodir por meio de alguns processos no ambiente ao seu redor, ou até mesmo da radiação que emitem ao longo de suas vidas — a radiação Hawking. Mas isso acontece com todos eles? Como isso funciona?

Esses monstros cósmicos são grandes devoradores de matéria, mas não apenas isso. Suas refeições são lentas, como se eles não tivessem pressa ao cozinhar os ingredientes. Nesse processo, o plasma super aquecido gira em altíssima velocidade ao redor do buraco negro.

Com isso, grandes quantidades de energia são acumuladas nas regiões próximas à fronteira de onde nada pode escapar — o horizonte de eventos. É com essa energia que algumas explosões podem acontecer e buracos negros.

Jatos relativísticos

A matéria em forma de plasma ao redor do equador dos buracos negros ativos se chama disco de acreção. Eles são mantidos ali graças à força gravitacional extrema do buraco negro e a temperatura chega a quatrilhões de graus.

Isso faz desses discos os objetos mais brilhantes do universo. Em alguns casos, o plasma interage com campos elétricos e magnéticos que o conduzem para os polos dos buracos negros. Dali, a matéria é ejetada rumo ao espaço intergaláctico na forma de jatos.

Atingindo velocidades próximas à da luz, os jatos alcançam dezenas de milhares de anos-luz, muitas vezes maiores que as galáxias hospedeiras dos buracos negros que os geraram.

Superradiância

Buracos negros giram e criam um efeito de arrasto na malha do espaço-tempo ao redor, mais ou menos como acontece quando mexemos um calmo na panela com uma colher em movimentos circulares.

Qualquer coisa que estiver nessa região de arrasto gravitacional — chamada ergosfera — se moverá na mesma direção da rotação do buraco negro. Isso pode atrair fótons, as partículas de luz, que podem ricochetear uns nos outros e em partículas igualmente capturadas.

Nessas colisões, os fótons podem escapar da ergosfera ou ter o infeliz destino de cair ainda mais perto do horizonte de eventos, onde o efeito de arrasto é ainda maior. Assim, os fótons ganham mais energia, voltar para uma órbita mais afastada e depois cair de volta perto do buraco negro.

Esse “vai-e-vem” confere aos fóton cada vez mais energia, criando a superradiância. Dependendo da quantidade dessas partículas no processo, todos eles podem explodir de uma só vez, liberando essa energia intensa. Os astrônomos, por bons motivos, dão um nome bem apropriado a isso: bomba de buraco negro. O buraco negro em si não explode, mas ele cria as condições necessárias para a explosão.

Radiação Hawking

Na maioria das vezes, o processo de evaporação dos buracos negros por meio da radiação Hawking é mencionado como algo muito lento — e isso é verdade, mas não é a história completa.

Na radiação Hawking, os buracos negros perdem massa muito lentamente por causa do surgimento espontâneo de partículas virtuais perto do horizonte de eventos. Elas surgem sempre em pares de partículas e antipartículas e, por isso, se anulam quase instantaneamente.

Entretanto, se uma delas cair no horizonte de eventos, a dupla não pode mais se anular. Sua existência, agora solitária, viola os princípios mais fundamentais do universo, mas tudo se equilibra quando o buraco negro libera uma pequena porção de radiação. No processo, ele perde massa.

Para um buraco negro evaporar por completo, são necessários muitos bilhões de anos. Os maiores deles serão os últimos objetos do universo a “morrerem”, mas o momento fatal chegará para todos.

Certo, mas como isso causa explosões? É que quanto menor o buraco negro, mais rápido eles evaporam. Isso vale tanto para os que já nascem com massa estelar quando para os supermassivos. Perto do fim dessa morte angustiante, a evaporação é tão rápida que se tornam verdadeiras bombas cósmicas.

Fonte: Space.com