Cygnus X-1- Um buraco negro?

Desde os anos 60, os astrônomos interessam-se por uma determinada região da constelação de Cygnus. Observatórios orbitais colocados acima da atmosfera da Terra detectaram uma fonte poderosa de raios X nessa região, chamada de Cygnus X-1.

Há muito tempo os cientistas sabem que, quanto mais quente um objeto é, mais energia (de comprimentos de ondas eletromagnéticas mais curtas e mais energéticas) ele emite. Se aquecermos um pedaço de ferro numa fornalha bem quente, primeiro ele fica incandescente, vermelho, depois amarelo e, daí, branco, à medida que o ferro fica mais quente. As estrelas são como barras de ferro. Estrelas relativamente frias, com cerca de 3.000 Kelvin (K), têm uma cor avermelhada, ao passo que uma estrela amarela, como o Sol, tem uma temperatura superficial perto de 6.000 K (Kelvin é a escala de temperatura usada pelos cientistas. Ela começa no zero absoluto (presumivelmente a temperatura mais fria possível) e aumenta de acordo com a escala centígrada ou de Celsius. Visto que o zero absoluto é igual a, aproximadamente, -273 graus centígrados, zero graus centígrados é igual a, aproximadamente, 273 Kelvin. Mas seria necessário que os gases estelares fossem aquecidos a temperaturas de milhões de Kelvin para produzir os raios X que vêm de Cygnus X-1. Nenhuma estrela tem uma temperatura de superfície tão alta.

Nas vizinhanças de Cygnus X-1, os astrônomos encontraram uma estrela com temperatura de superfície estimada em 30.000 K, muito quente, sim, mas nem perto da temperatura necessária para produzir os raios X. Essa estrela, catalogada como HDE 226868, tem calculadamente 30 vezes a massa do Sol e está a 6.000 anos-luz da Terra. Essa supergigante tem uma companheira e elas rodopiam uma ao redor da outra numa valsa orbital a cada 5,6 dias. Certos cientistas calculam que a companheira está a poucos milhões de quilômetros da HDE 226868 e que tem massa umas dez vezes maior do que a do Sol. Mas tem uma característica muito estranha: é invisível. Normalmente, uma estrela tão grande não seria invisível a essa distância da Terra. Um objeto com tamanha massa e que parece emitir raios X, mas nenhuma luz visível, é um bom candidato a buraco negro, dizem os cientistas.

Viagem a um buraco negro

Imagine que você pudesse viajar até Cygnus X-1. Presumindo que se trata mesmo de um buraco negro, provavelmente veria algo como se vê na ilustração abaixo.

A estrela grande é a HDE 226868. Ela tem milhões de quilômetros de diâmetro, ao passo que o buraco negro talvez tenha só uns 60 quilômetros de diâmetro. O pontinho preto no centro do redemoinho de gás incandescente é o horizonte de eventos, ou superfície, do buraco negro. Mas não é uma superfície sólida; parece mais uma sombra. É o limite da região na qual a gravidade ao redor do buraco negro é tão forte que nada, nem a luz, consegue escapar. Muitos cientistas acham que, dentro do horizonte de eventos, no centro do buraco negro, existe um ponto de volume zero e densidade infinita, conhecido como singularidade, no qual toda a matéria do buraco negro desapareceu. Os buracos negros são detectados pelos efeitos que causam em outros corpos. Esta ilustração mostra um buraco negro sugando gases duma estrela (representação artística de um buraco negro - no retângulo menor - e sua ampliacão).

O buraco negro está sugando as camadas externas de gás da estrela companheira. O gás da estrela forma um disco incandescente à medida em que gira cada vez mais rápido numa espiral, aquecendo-se pelo atrito ao redor do buraco negro. Quando a gravidade intensa acelera o gás a velocidades incríveis, esse disco de gás superaquecido produz raios X às bordas do buraco negro. Naturalmente, depois que o gás cai no buraco negro, nem os raios X - nem coisa alguma - conseguem escapar.

Observar Cygnus X-1 é um verdadeiro espetáculo, mas não chegue perto demais! Além dos mortíferos raios X, a gravidade também é perigosa. Na Terra existe uma pequena diferença, quando estamos de pé, entre a força da gravidade que atua sobre a nossa cabeça e a que atua sobre os pés. Essa diferença cria um pequeno puxão imperceptível. Mas, em Cygnus X-1, essa pequena diferença é multiplicada 150 bilhões de vezes, criando uma força que esticaria o nosso corpo, como se mãos invisíveis puxassem os pés para um lado e a cabeça para o outro.

Cygnus A - Um buraco negro supermaciço

Há outra região misteriosa na constelação de Cygnus. Visualmente, percebe-se apenas a mancha bem pálida de uma galáxia distante, mas ela emite algumas das mais fortes ondas de rádio detectadas no céu. É chamada de Cygnus A e, desde a sua descoberta, há mais de 50 anos, ela intriga os cientistas.

Imaginar as dimensões de Cygnus A é atordoante. Cygnus X-1 está dentro da nossa galáxia, a alguns milhares de anos-luz, ao passo que Cygnus A, segundo pensa-se, está a centenas de milhões de anos-luz de distância. Embora Cygnus X-1 e sua companheira visível estejam apenas a cerca de um minuto-luz distantes uma da outra, as colunas formadas pelos dois jatos de ondas de rádio de Cygnus A estão a centenas de milhares de anos-luz distantes uma da outra. (Um ano-luz é a unidade de comprimento igual à distância que a luz percorre em um ano, no vácuo, ou cerca de 9.461.000.000.000 de quilômetros. Correspondentemente, um minuto-luz é a distância que a luz percorre em um minuto, um mês-luz, a distância que ela percorre em um mês e assim por diante.) Algo no centro de Cygnus A, evidentemente, tem disparado esses intensos jatos de energia em direções opostas durante centenas de milhares ou até milhões de anos, como uma espécie de arma laser cósmica. Detalhados mapas de rádio do centro de Cygnus A revelam que, em comparação com os jatos, a "arma laser" é bem pequena, com um tamanho de menos de um mês-luz. Se ela tivesse oscilado durante todo esse tempo, os raios sairiam tortos. Mas os jatos misteriosos são perfeitamente retilíneos, como se a "arma laser" que os dispara tivesse sido estabilizada por um enorme giroscópio.

Por que isso acontece? "Entre as dezenas de idéias propostas até o início dos anos 80 para explicar a fonte de força central", escreve o professor Kip S. Thorne, "apenas uma incluía um extraordinário giroscópio de vida longa, tamanho de menos de um mês-luz e capacidade de emitir jatos poderosos. Essa idéia única era um buraco negro gigante e rotacional".

Outros possíveis buracos negros

Em 1994, o recém-consertado Telescópio Espacial Hubble deu uma espiada mais de perto na "vizinha" galáxia M87, distante uns 50 milhões de anos-luz. Com seus sistemas ópticos mais modernos, o Hubble detectou um redemoinho de gás no centro da M87, o qual girava ao redor de algum objeto a uma velocidade alucinante de 2 milhões de quilômetros por hora. O que poderia fazer o gás atingir uma velocidade dessas? Os cálculos demonstraram que o objeto dentro do redemoinho deveria ter uma massa igual a, pelo menos, dois bilhões de sóis. Mas ele encontra-se espremido num espaço "pequeno", do tamanho do Sistema Solar. A única coisa que os cientistas podem imaginar que se ajustaria a essa descrição é um buraco negro supermaciço.

Outros possíveis buracos negros já foram detectados no centro de várias galáxias "das redondezas", incluindo a nossa vizinha mais próxima, a galáxia de Andrômeda, que fica "apenas" a cerca de dois milhões de anos-luz. Mas talvez haja um buraco negro gigante ainda mais perto de nós do que o de Andrômeda. Observações recentes sugerem que pode haver um enorme buraco negro no centro da nossa galáxia, a Via-Láctea. Alguma coisa numa região pequena, com massa estimada em 2,4 milhões de sóis, está fazendo as estrelas perto do centro da nossa galáxia orbitar ao seu redor a velocidades absurdas. O físico Thorne diz: "A evidência, acumulada gradualmente durante os anos 80, sugere que esses buracos existem não só no centro da maioria dos quasares e das galáxias que emitem ondas de rádio, mas também no núcleo da maioria das galáxias grandes, normais (que não emitem ondas de rádio), como a Via-Láctea e Andrômeda."

A constelação de Cygnus contém, entre outras, a nebulosa da América do Norte (1) e a nebulosa do Véu (2). Cygnus X-1 (3) localiza-se na parte inferior do pescoço do cisne.

Como surge um buraco negro

Atualmente, os cientistas entendem que as estrelas brilham devido a uma luta incessante entre a gravidade e as forças nucleares. Sem gravidade para comprimir o gás no núcleo da estrela não haveria fusão nuclear. Por outro lado, sem fusão nuclear para impedir o puxão gravitacional, coisas muito estranhas poderiam acontecer às estrelas.

Os cientistas acham que, quando estrelas mais ou menos do tamanho do Sol exaurem seu combustível nuclear de hidrogênio e hélio, a gravidade as comprime até se tornarem cinzas quentes com cerca do tamanho da Terra, chamadas de anãs brancas. Uma anã branca talvez tenha tanta massa quanto o Sol, mas espremida num espaço um milhão de vezes menor.

A matéria em geral é, na maior parte, espaço vazio. Quase toda a massa do átomo localiza-se no minúsculo núcleo que é rodeado pela nuvem de elétrons, muito maior. Mas, dentro da anã branca, a gravidade comprime a nuvem de elétrons até uma pequena fração do volume anterior, encolhendo a estrela até deixá-la do tamanho de um planeta. Em estrelas mais ou menos do tamanho do Sol, nesse ponto a gravidade e as forças dos elétrons entram em equilíbrio, impedindo mais compressão.

Mas, e as estrelas mais pesadas do que o Sol, com mais gravidade? Nas estrelas com mais de 1,4 vezes a massa do Sol, a força da gravidade é tão grande que a nuvem de elétrons é comprimida até se desfazer. Os prótons e elétrons combinam-se e formam nêutrons. Esses resistem a maior compressão, desde que a gravidade não seja forte demais. Em vez de uma anã branca do tamanho dum planeta, surge uma estrela de nêutrons do tamanho dum pequeno asteróide. As estrelas de nêutrons são feitas da matéria mais densa conhecida no Universo.

E se a gravidade for ainda maior? Para os cientistas, em estrelas com cerca de três vezes a massa do Sol, a gravidade é tão forte que os nêutrons não podem contrabalançá-la. Nenhuma forma de matéria conhecida pelos físicos é capaz de resistir à força cumulativa de toda essa gravidade. Parece que a bola de nêutrons do tamanho de um asteróide seria comprimida ainda mais, mas não viraria uma bola menor; acabaria em nada, num ponto chamado de singularidade, ou em outra entidade teórica ainda não descrita. A estrela aparentemente desapareceria, restando somente sua gravidade e um buraco negro naquele ponto. O buraco negro formaria uma sombra gravitacional no lugar onde antes ficava a estrela. Seria uma região com uma gravidade tão intensa que nada, nem mesmo a luz, poderia escapar.

Os cientistas encontraram mesmo buracos negros? É possível. Sem dúvida, descobriram objetos muito estranhos na constelação de Cygnus e em outros lugares, que hoje podem ser mais bem explicados como buracos negros. Mas novos dados também podem refutar as teorias comumente aceitas.

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