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É o mais próximo que uma estrela conseguiu chegar de um buraco negro
Astrônomos flagraram uma estrela circulando um vasto buraco negro a cerca de 2,5 vezes a distância entre a Terra e a Lua, e ela leva apenas meia hora para completar uma órbita.

Para colocar isso em perspectiva, a nossa Lua, por exemplo, leva 28 dias para fazer uma única volta em torno do nosso relativamente pequeno planeta a uma velocidade de 3.683 km (2.288 milhas) por hora, o que significa que esta estrela está se movendo em incompreensíveis velocidades!


Usando dados de um conjunto de telescópios espaciais, uma equipe de astrônomos mediram os raios-X que derramam de um sistema estelar binário chamado 47 Tuc X9, que fica em um aglomerado de estrelas a cerca de 14.800 anos-luz de distância.

O par de estrelas não são novos para os astrónomos - que foram identificadas como um sistema binário em 1989 - mas agora, finalmente, se tornou claro o que está realmente acontecendo aqui.

"Durante muito tempo, pensou-se que X9 era constituído por uma anã branca que puxava matéria a partir de uma estrela de baixa massa semelhante ao Sol", disse o pesquisador Arash Bahramian.

Quando uma anã branca puxa material de outra estrela, o sistema é descrito como uma variável cataclísmica. Mas, por volta de 2015, descobriu-se que um dos objetos era um buraco negro, jogando essa hipótese em uma séria dúvida. 

Os dados do Chandra confirmaram grandes quantidades de oxigênio na periferia do par estelar, que é comumente associado com estrelas anãs brancas. Mas, em vez de uma anã branca rasgando outra estrela, ele agora parece ser um buraco negro capturando gases a partir de uma anã branca. 

As anãs brancas são objetos super densos que são geralmente os restos de uma estrela - pensa-se em algo com a massa do nosso Sol, mas tão grandes quanto o nosso planeta - então puxar o material de sua superfície exigiria alguma gravidade impressionante.

"Achamos que a estrela pode ter perdido gás para o buraco negro por dezenas de milhões de anos e até agora ela já perdeu a maior parte de sua massa", disse o pesquisador James Miller-Jones, da Universidade Curtin e do Centro Internacional de Rádio Astronomia Research.

A notícia realmente emocionante, entretanto, é que as mudanças regulares na intensidade dos raios-X 'sugerem que este anã branca leva apenas 28 minutos para completar uma órbita, tornando-se a atual "campeã de dança cataclísmica".

"Antes desta descoberta, a estrela mais próxima em torno de qualquer buraco negro provavelmente era um sistema conhecido como MAXI J1659-152, que está em uma órbita com um período de 2,4 horas," disse Miller-Jones .

"Se os buracos negros prováveis ​​em ambos os sistemas têm massas semelhantes, isso implicaria uma órbita três vezes maior em tamanho físico do que aquele que encontramos em X9".

Para colocar isso em perspectiva, a distância entre os dois objetos em X9 é cerca de 1 milhão de quilômetros (cerca de 600.000 milhas), ou cerca de 2,5 vezes a distância daqui até a Lua.

Triturando os números, isto seria equivalente a uma viagem de cerca de 6,3 milhões de quilômetros (cerca de 4 milhões de milhas) em meia hora, dando-nos uma velocidade de 12.600.000 km/h (8.000.000 milhas/h) - cerca de 1 por cento da velocidade da luz!

Tão emocionante quanto esses números são, a pesquisa ainda não foi para a revisão de pares, com o feedback do artigo à espera da comunidade da física no site de pré-publicação arXiv.org. Mas ele já está ganhando interesse no campo.

"Encontrar estes buracos negros raros é importante, pois eles não são apenas os pontos finais de estrelas massivas, produzidas em explosões de supernovas, eles também continuam a desempenhar um papel na evolução de outras estrelas depois de suas mortes", disse Geraint Lewis, da Universidade de Sydney à Marcus Strom no The Sydney Morning Herald.

Nossos amantes estelares não estão destinados a entrar em colapso em abraçados um ao outro tão cedo. A dança parece que irá continuar por algumas eras sem que a anã branca cai no buraco negro ou seja rasgada.

Na verdade, parece que os dois objetos foram ainda mais unidos no passado e orbitaram ainda mais rápido.

Para o buraco negro superar a própria gravidade intensa da anã branca, os corpos precisam estar razoavelmente próximos. Ao longo do tempo, o material foi retirado e a anã branca, agora mais leve, iria escorregar um pouco mais para trás.

"Eventualmente tanta matéria pode ser puxada para longe da anã branca que acaba por só ter a massa de um planeta", disse o pesquisador Craig Heinke. "Se continuar perdendo massa, a anã branca pode evaporar completamente."

Isso é uma boa notícia para os futuros cientistas interessados ​​em estudar as ondas gravitacionais; enquanto a tecnologia atualmente utilizada pelo Laser Interferometer Gravitational-Wave Observator (LIGO) não é capaz de detectar os pulsos lentos emitidos por X9, mas não está fora de questão que o progresso nesse campo um dia vai nos permitir detectar ondas de baixa frequência.

É claro poderíamos ter encontrado um novo rei e rainha da variável cataclísmica, girando a noite toda em velocidades ainda mais rápidas.

Esta pesquisa foi publicada na arXiv.org e traduzido e adaptado de Science Alert.
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Uma publicação conjunta como Fermilab/SLAC

Imagine que, em algum lugar da galáxia, existe um cadáver de uma estrela tão denso que perfura o tecido do espaço e do tempo. Tão densa que devora qualquer matéria circundante que se aproxima demais, puxando-o em uma correnteza de gravidade que nada, nem mesmo a luz, pode escapar.

E, uma vez que a matéria atravessa o ponto de não retorno, o horizonte de eventos, ela irá em espirais impotentes em direção a um ponto quase infinitamente pequeno, um ponto onde o espaço-tempo é tão curvado que todas as nossas teorias quebram: a singularidade. Ninguém sai vivo.

Os buracos negros soam estranhos demais para serem reais. Mas eles são realmente muito comuns no espaço. Existem dezenas conhecidos e provavelmente milhões mais na Via Láctea e um bilhão de deles a espreita fora desta. Os cientistas também acreditam que poderia haver um buraco negro supermassivo no centro de quase todas as galáxias, inclusive a nossa. Os ingredientes e a dinâmica dessas deformações monstruosas de espaço-tempo foram confundiram os cientistas durante séculos.

Trabalhos de arte por Sandbox Studio, Chicago com Ana Kova

Uma história de buracos negros

Tudo começou na Inglaterra em 1665, quando uma maçã rompeu com o galho de uma árvore e caiu no chão. Assistindo a partir de seu jardim em Woolsthorpe Manor, Isaac Newton começou a pensar sobre a descida do maçã: uma linha de pensamento que, duas décadas depois, terminou com sua conclusão de que deve haver algum tipo de força universal que rege o movimento de maçãs e balas de canhão e mesmo organismos planetários, como a Lua. Ele o chamou isso de gravidade.

Newton percebeu que qualquer objeto com massa teria uma força gravitacional. Ele descobriu que, com o acréscimo de massa, a gravidade aumenta. Para escapar da gravidade de um objeto, você precisa para atingir a sua velocidade de escape. Para escapar da gravidade da Terra, você precisaria viajar a uma velocidade de cerca de 11 quilômetros por segundo.

Foi a descoberta das leis da gravidade e do movimento de Newton que, 100 anos depois, levou o reverendo John Michell, um polímata britânico à conclusão de que, se houvesse uma estrela muito mais maciça ou muito mais comprimida do que o Sol, sua velocidade de escape poderia superar até mesmo a velocidade da luz. Ele chamou esses objetos "estrelas escuras." Doze anos mais tarde, o cientista e matemático francês Pierre Simon de Laplace chegou à mesma conclusão e ofereceu a prova matemática da existência do que nós conhecemos agora como buracos negros.

Em 1915, Albert Einstein expôs a teoria revolucionária da relatividade geral, que considerava o espaço e o tempo como um objeto quadridimensional curvo. Ao invés de ver a gravidade como uma força, Einstein viu-o como uma deformação do espaço e o próprio tempo. Um objeto de grande massa, como o Sol, criaria um poço no espaço-tempo, um poço gravitacional, fazendo com que todos os objetos circundantes, tais como os planetas do nosso sistema solar, a seguirem um caminho curvo em torno dele.

Um mês depois de Einstein publicou esta teoria, o físico alemão Karl Schwarzschild descobriu algo fascinante em equações de Einstein. Schwarzschild encontrou uma solução que levou os cientistas a concluírem que uma região do espaço poderia tornar-se tão deformada que criaria um poço gravitacional onde nenhum objeto pudesse escapar.

Até 1967, estas regiões misteriosas do espaço-tempo não tinham sido concedidas com um título universal. Cientistas lançaram termos como "colapsar" ou "estrela congelada" quando se discutiu as parcelas escuras de gravidade inevitável. Em uma conferência em Nova York, o físico John Wheeler popularizou o termo "buraco negro".


 
Trabalhos de arte por Sandbox Studio, Chicago com Ana Kova

Como encontrar um buraco negro

Durante a formação de estrela, a gravidade comprime até que ela é parada pela pressão interna da estrela. Se a pressão interna não impede a compressão, pode resultar na formação de um buraco negro.

Alguns buracos negros se formam quando estrelas massivas colapsam. Outros, acreditam os cientistas, foram formados muito cedo no universo, um bilhão de anos após o Big Bang.

Não há limite para o imenso buraco negro, às vezes eles têm mais de um bilhão de vezes a massa do sol. De acordo com a relatividade geral, também não há limite para o quão pequeno eles podem ser (embora a mecânica quântica sugira o contrário). Os buracos negros crescem em massa a media que eles continuam a devorar sua matéria circundante. Buracos negros menores acrescem matéria de uma estrela companheira enquanto os maiores se alimentam de qualquer matéria que fica muito perto.

Os buracos negros contêm um horizonte de eventos, para além do qual nem mesmo a luz pode escapar. Como nenhuma luz pode sair, é impossível ver além dessa superfície de um buraco negro. Mas só porque você não pode ver um buraco negro, não significa que você não pode detectar um.

Os cientistas podem detectar buracos negros, olhando para o movimento de estrelas e gás nas proximidades, bem como a matéria acrescidos de seus arredores. Esta matéria gira em torno do buraco negro, a criação de um disco achatado chamado disco de acreção. A matéria girando perde energia e emite radiação na forma de raios-X e outras radiações electromagnéticas antes de, eventualmente, passar o horizonte de eventos.

Foi assim que os astrônomos identificaram Cygnus X-1 em 1971. Cygnus X-1 foi encontrada como parte de um sistema binário em que uma estrela extremamente quente e brilhante chamada uma supergigante azul formando um disco de acreção ao redor de um objeto invisível. O sistema estelar binário estava emitindo raios-X, que não são normalmente produzidos por supergigantes azuis. Ao calcular o quão longe e rápido a estrela visível estava se movendo, os astrônomos foram capazes de calcular a massa do objeto invisível. Apesar de ter sido comprimida em um volume menor do que a Terra, a massa do objeto era seis vezes maior do que a do nosso Sol.

Vários experimentos diferentes estudam buracos negros. O telescópio horizonte de eventos vai olhar para os buracos negros no núcleo da nossa galáxia e uma galáxia próxima, M87. Sua resolução é alta o suficiente para captar a imagem do gás que flue em torno do horizonte de eventos.

Os cientistas também podem fazer mapeamento de reverberação, que utiliza telescópios de raios-X para olhar para as diferenças de tempo entre as emissões de vários locais perto do buraco negro para entender as órbitas de gás e fótons em torno do buraco negro.

O Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser, ou LIGO, procura identificar a fusão de dois buracos negros, que emitem radiação gravitacional, ou ondas gravitacionais, como os dois buracos negros se fundem.

Ondas gravitacionais finalmente foram detectadas, segundo novos rumores
Além de discos de acreção, os buracos negros também têm ventos e jatos incrivelmente brilhantes em erupção ao longo de seu eixo de rotação, atirando para fora matéria e radiação quase à velocidade da luz. Os cientistas ainda estão trabalhando para entender como esses jatos se formam.


Trabalhos de arte por Sandbox Studio, Chicago com Ana Kova

O que não sabemos

Os cientistas descobriram que os buracos negros não são tão negros como eles pensavam que fossem. Algumas informações podem escapar deles. Em 1974, Stephen Hawking publicou resultados que mostravam que os buracos negros devem irradiar energia, ou radiação de Hawking.


Pares de matéria-antimatéria estão constantemente a serem produzidos em todo o universo, até mesmo fora do horizonte de eventos de um buraco negro. A teoria quântica prevê que uma partícula pode ser arrastada antes de o par ter a chance de aniquila-se, e a outra pode escapar sob a forma de radiação de Hawking. Isto contradiz o conceito da relatividade geral de um buraco negro a partir do qual nada pode escapar.

Mas, a medida que um buraco negro irradia radiação Hawking, ele lentamente evapora até que finalmente desaparecer. Então o que acontece a toda a informação codificada no seu horizonte? Será que ela desaparece, o que violaria a mecânica quântica? Ou é preservada, como a mecânica quântica poderia prever? Uma teoria é que a radiação Hawking contém todas essas informações. Quando o buraco negro evaporar e desaparecer, ele já tem preservado as informações de tudo o que caiu dentro dele, irradiando-as para fora no universo.

Os buracos negros dão aos cientistas uma oportunidade para testar a relatividade geral em campos gravitacionais muito extremos. Eles vêem os buracos negros como uma oportunidade para responder a uma das maiores questões na teoria física de partículas: Por que não podemos conciliar a mecânica quântica com a relatividade geral?

Além do horizonte de eventos, a curva de buracos negros é um dos mistérios mais sombrios da física. Os cientistas não conseguem explicar o que acontece quando os objetos cruzam o horizonte de eventos e a espiral em direção à singularidade. A relatividade geral e a mecânica quântica colidem e as equações de Einstein explodem em infinitos pedaços. Os buracos negros podem até serem portais para outros universos chamados buracos de minhoca e fontes violentas de energia e matéria chamados buracos brancos, embora pareça muito improvável que a natureza permitiria que estas estruturas de existam. 

Às vezes a realidade é mais estranha do que a ficção


Traduzido e adaptado de Symetry Magazine
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Buracos negros, objetos bem conhecidos na astronomia, são criados quando estrelas são catastroficamente mortas em supernovas. Mas existe outro tipo de objeto da família que é pouco conhecido: os buracos brancos. 
Preparam-se, é hora de falarmos sobre criaturas do mundo da fantasia. Eles são como unicórnios, mas ainda mais raros. São como duendes, mas ainda mais fantásticos!

Hoje, iremos falar sobre buracos brancos. Antes de falarmos sobre buracos brancos, vamos falar sobre buracos negros.

Os buracos negros são lugares no universo onde matéria e energia são tão densamente compactadas que a sua velocidade de escape é maior do que a velocidade da luz. 

A descrição total de um buraco negro requer muita matemática e fantasia, mas estes são objetos reais em nosso universo. Eles foram previstos pela teoria da relatividade de Einstein, e, na verdade, foram descobertos ao longo dos últimas décadas.

Os buracos negros são criados quando estrelas, muito mais maciças do que o nosso Sol, morrem catastroficamente em uma supernova.
Então, o que é um buraco branco? Buracos brancos são criados quando os astrofísicos matematicamente exploram o ambiente em torno de buracos negros, mas fingem que não há nenhuma massa dentro do horizonte de eventos. O que acontece quando você tem uma singularidade de um buraco negro sem massa?

Buracos brancos são conceitos teóricos complemente matemáticos. De fato, se você fosse fazer a matemática buraco negro ganhar vida, você deverá ignorar a massa da singularidade torna a sua vida muito mais fácil.

Eles não são coisas que realmente existem. Não é como se os astrônomos detectassem uma explosão incomum de radiação e, em seguida, desenvolvessem modelos de buracos brancos hipotéticos para explicá-los.

Agora, se buracos brancos existissem, o que provavelmente é verdade, eles se comportariam como buracos negros reversos - assim como a matemática prevê. Em vez do puxar material para dentro, um buraco branco iria explodir o material para o espaço como uma espécie de fonte de chocolate branco. 

Uma das outras implicações da matemática do buracos brancos, é que eles só teoricamente existem enquanto não houver uma única partícula de matéria dentro do horizonte de eventos. Assim que único átomo de hidrogênio derivar para a região, a coisa toda iria entrar em colapso. Mesmo se buracos brancos fossem criados no início do universo, eles teriam entrado em colapso há muito tempo, uma vez que o nosso universo já estaria preenchido com a matéria perdida.

Dito isto, há algumas físicos que pensam buracos brancos podem ser mais do que teóricos. Hal Haggard e Carlo Rovelli da Universidade Aix-Marseille na França estão trabalhando para explicar o que acontece dentro de buracos negros usando um ramo da física teórica chamada gravitação quântica em loop.

Em teoria, um buraco negro iria comprimir a singularidade até que o menor tamanho possível previsto pela física. Em seguida, ele iria se recuperar como um buraco branco. Mas por causa do efeito severo da dilatação do tempo em torno de um buraco negro, este evento levariam bilhões de anos para até mesmo para massas menores finalmente darem a volta e aparecerem.

Se houvesse buracos negros microscópicos criados após o Big Bang, que poderiam chegar a se decomporem e explodirem como buracos brancos a qualquer momento. Mas, de acordo com Stephen Hawking, já teriam evaporado.

Outra ideia interessante estendida por físicos, é que um buraco branco pode explicar o Big Bang, uma vez que esta é uma outra situação em que uma enorme quantidade de matéria e energia apareceu espontaneamente.

Em todas as probabilidades, buracos brancos são apenas fantasia matemática. E uma vez que a fantasia matemática raramente sobrevive ao contato com a realidade, buracos brancos são provavelmente apenas imaginários.

Traduzido e adaptado de Phys
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