Os buracos negros nos parecem algo distante, sobre o qual às vezes fazem filmes ou escrevem em livros. Raramente pensamos no que aconteceria se um buraco negro em miniatura com um diâmetro de um milímetro aparecesse na superfície do nosso planeta. Sobre isso - em nosso material.
Existe um equívoco popular associado aos buracos negros: eles são uma espécie de aspiradores de pó que consomem tudo ao seu redor. Claro, eles "se alimentam", mas seus estômagos são pequenos. O problema não aparece quando "comem", mas quando "vomitam" depois de muito jantar. Isso é realmente assustador.
Na verdade, é um pouco mais complicado. Com base no fato de que o raio de um buraco negro é proporcional à sua massa, alguns cálculos podem ser feitos. Primeiro, vamos revisar alguns dos princípios básicos.
O que é um buraco negro
Um buraco negro é uma região do espaço na qual a gravidade é tão forte que nem mesmo a luz consegue sair. A força da gravidade ali faz com que a própria estrutura do espaço-tempo dobre e se prenda a si mesma. Tudo isso acontece devido à compressão da matéria - na maioria das vezes, são os restos de uma estrela massiva - dentro de uma região extremamente pequena.
A estrutura do buraco negro: singularidade, horizonte de eventos e raio de Schwarzschild (a região da singularidade ao horizonte de eventos).
Na verdade, não podemos ver os buracos negros devido ao fato de que a luz não pode sair deles. Acontece que, para sair do buraco negro, qualquer objeto deve desenvolver uma velocidade superior à velocidade da luz, que, por sua vez, se move a uma velocidade de 299.792.458 metros por segundo. Para efeito de comparação, a velocidade de escape para superar a gravidade da Terra é de apenas 11,2 quilômetros por segundo. No entanto, se lançássemos um foguete de um planeta que pesa tanto quanto a Terra, mas com metade do diâmetro, a velocidade de escape seria de 15,8 quilômetros por segundo. Mesmo que o objeto tivesse a mesma massa, a velocidade de escape seria maior devido ao seu menor tamanho e, portanto, maior densidade.
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E se encolhermos ainda mais o objeto? Se comprimirmos a massa da Terra em uma esfera com um raio de nove milímetros, a velocidade de escape atinge a velocidade da luz. Se essa massa for comprimida em uma esfera ainda menor, a velocidade de escape excederá a velocidade da luz. Mas, uma vez que a velocidade da luz é o limite cósmico da velocidade, nada pode deixar esta esfera.
O raio no qual a massa tem uma velocidade de escape igual à velocidade da luz é chamado de raio de Schwarzschild. Qualquer objeto menor do que seu raio de Schwarzschild é um buraco negro. Em outras palavras, qualquer objeto com uma velocidade de escape superior à velocidade da luz é um buraco negro. Para fazer tal objeto a partir do Sol, ele terá que ser comprimido a um raio de cerca de três quilômetros.
Um buraco negro tem duas partes principais: a singularidade e o horizonte de eventos. O tamanho do horizonte de eventos de um buraco negro é considerado seu tamanho porque pode ser calculado e medido.
O horizonte também é considerado o "ponto sem volta" nas proximidades do buraco negro. Esta não é uma superfície física, mas uma esfera em torno de uma singularidade que marca um limite, cuja velocidade de escape é igual à velocidade da luz. O raio desta área é o mesmo raio de Schwarzschild.
Assim que a matéria está além do horizonte de eventos, ela começa a cair em direção ao centro do buraco negro. Com uma gravidade tão forte, a matéria é comprimida em um ponto - um volume incrivelmente pequeno de densidade absurda. Este ponto é uma singularidade. É desprezível e, de acordo com os modelos teóricos modernos, tem uma densidade infinita. É bem possível que as leis da física que conhecemos sejam violadas na singularidade. Os cientistas estão investigando ativamente esse problema para entender o que acontece nas singularidades, bem como para desenvolver uma teoria completa que descreva o que acontece no centro de um buraco negro.
Vamos fazer alguns cálculos
Vamos ver o que podemos aprender sobre um buraco negro de um milímetro. De acordo com os cálculos, tal buraco negro com um raio de Schwarzschild terá uma massa de 7 x 10 ^ 23 quilogramas - mais de cinco massas da Lua (de acordo com a fórmula R = 2MG / c ^ 2, onde R é o raio de Schwarzschild, M é a massa do objeto, G é o gravitacional constante, ec é a velocidade da luz).
A proporção da Terra para o Sol é de três partes para um milhão. Assim, se a Terra se tornasse um buraco negro, seu raio seria de apenas nove milímetros. Portanto, um buraco negro de um milímetro teria uma massa de 11% da massa da Terra. Certamente teríamos problemas com os 11% de massa extra do planeta.
É suficiente até que a gravidade total da Terra aumente visivelmente. Essa gravidade extra seria suficiente para mudar a órbita da Lua, então ela poderia simplesmente voar para fora de sua órbita atual e começar a se mover em uma órbita elíptica.
O parabolóide Flamm que representa o espaço-tempo além do horizonte de crescimento dos eventos do buraco negro de Schwarzschild.
Onde está esse buraco negro imaginário - na superfície, no centro da Terra ou gira em torno dele? Vamos supor que esteja na superfície do planeta. A área de sua influência gravitacional seria cerca de um terço do raio da Terra - cerca de 2.124 quilômetros.
Toda a matéria nas vizinhanças imediatas desse buraco negro microscópico sentiria imediatamente uma forte gravidade proveniente dele, e o buraco, por sua vez, engoliria tudo em seu caminho para o centro da Terra, que alcançaria em cerca de 42 minutos a partir do momento em que surgisse. Ele viajaria através do núcleo da Terra e alcançaria o outro lado da superfície terrestre mais ou menos ao mesmo tempo.
Se um buraco negro aparecesse na superfície com uma velocidade relativa de menos de 12 km / h, ele giraria em torno do Planeta Azul junto com sua área gravitacional. Simplificando, é a destruição da crosta terrestre e da maior parte de seu manto. E se for ainda mais simples, significa a morte de toda a vida na superfície da Terra.
Taxa de acreção e limite de Eddington
A maior parte da massa da Terra ao redor do buraco negro se tornará alimento e será agregada por ele. Antes de cair em um buraco negro, porém, todo esse material precisará perder seu momento angular - por isso começará a girar em torno dele, formando um disco de acreção.
Este material produz muito calor, que eventualmente será irradiado. A radiação tem uma pressão que vai desacelerar a acumulação adicional. Ambos os efeitos se equilibram - isso é chamado de limite de Eddington.
Um buraco negro crescente na visão do artista
O limite de Eddington também impõe um limite rígido no grau de acreção de um buraco negro. Um pequeno disco de acreção provavelmente teria uma temperatura de cerca de seis mil Kelvin - quase a mesma que o núcleo da Terra ou a superfície do Sol.
Alguns processos de atrito ocorreriam entre o disco de acreção e a massa da Terra, como resultado do qual um buraco negro microscópico se estabeleceria no núcleo do planeta.
Morte em um buraco negro
Em geral, levaria cinco bilhões de anos para que esse buraco negro engolisse a Terra. Isso aumentaria significativamente a massa da Terra. E, é claro, isso criaria imediatamente uma desordem completa no planeta, que em apenas algumas horas se transformaria em um pedaço do espaço desabitado de crosta em colapso, lava, gases quentes e tudo mais.
A vida se tornaria impossível, e a grande massa do buraco negro poderia destruir o cinturão de asteróides. Isso, por sua vez, pode levar a frequentes colisões no sistema solar nos próximos milhões de anos. A lua continuaria a girar em torno da Nova Terra (buraco negro), mas em uma órbita elíptica muito alongada.
O buraco negro não se moveria imediatamente para o centro da Terra, mas sim giraria em torno dele por um tempo, mas no final chegaria a ele. Para entender como esse buraco negro microscópico cresceria em massa, são necessários cálculos e simulações complexos.
Tudo isso pode ser resumido nas palavras do mundialmente famoso astrofísico e divulgador da ciência Neil DeGrasse Tyson:
Vladimir Guillen