Lacuna Proibida dos Buracos Negros: o que estrelas explosivas revelam

O que voce precisa saber

• Estrelas muito massivas podem explodir sem deixar nada para tras, nem mesmo um buraco negro.
• Esse fenomeno cria uma "lacuna proibida" onde nao deveriam existir buracos negros de certos tamanhos.
• Ondas gravitacionais revelaram que alguns buracos negros "impossiveis" realmente existem nessa lacuna.
• A explicacao mais provavel e que eles nasceram da fusao de buracos negros menores.

A deteccao das primeiras ondas gravitacionais em 2015 abriu uma janela totalmente nova para observarmos o universo. Diferente da astronomia tradicional, que capta luz e outras formas de energia eletromagnetica, as ondas gravitacionais sao como ondulacoes no proprio tecido do espaco-tempo, previstas por Albert Einstein ha mais de um seculo. Imagine jogar uma pedra em um lago calmo: as ondas que se espalham pela agua sao semelhantes as ondas gravitacionais que viajam pelo cosmos quando eventos cosmicos violentos acontecem.

Gracas a detectores super sensiveis, como o LIGO, os cientistas conseguem "ouvir" as colisoes entre buracos negros. Quando esses gigantes invisiveis se fundem, eles emitem essas ondas pelo espaco. Ao analisar esses sinais, os astronomos podem calcular a massa dos buracos negros envolvidos. Com centenas de deteccoes ja registradas, temos agora uma especie de censo populacional dos buracos negros do universo.

No entanto, esse censo revelou um misterio intrigante. A teoria astrofisica diz que estrelas muito massivas, entre 50 e 130 vezes a massa do nosso Sol, deveriam colapsar no fim de suas vidas e formar buracos negros. Mas as observacoes mostram que buracos negros com mais de 45 massas solares sao extremamente raros. Essa ausencia misteriosa e conhecida pelos cientistas como a "Lacuna Proibida". Mas o que estaria causando esse buraco no censo cosmico?

A Batalha Interna das Estrelas

Para entender esse misterio, precisamos olhar para dentro das estrelas. Uma estrela e, essencialmente, um palco de uma batalha epica e constante. De um lado, temos a gravidade, que tenta esmagar a estrela para o centro. Do outro lado, temos a pressao gerada pelas reacoes nucleares no nucleo da estrela, que empurra a materia para fora. Durante a maior parte da vida de uma estrela, essas duas forcas estao em perfeito equilibrio.

Mas o combustivel nuclear nao dura para sempre. Quando ele acaba, a gravidade vence a batalha. Nas estrelas muito massivas, o nucleo e esmagado com tanta forca que colapsa sobre si mesmo, formando um buraco negro. E como se o chao de um predio desabasse, levando toda a estrutura junto para um ponto infinitamente denso.

A Supernova de Instabilidade de Pares

Porem, nas estrelas mais massivas de todas, as regras do jogo mudam. As temperaturas no nucleo dessas superestrelas sao tao extremas que criam um ambiente bizarro. La dentro, raios gama (uma forma de luz super energetica) colidem com nucleos atomicos e se transformam em pares de particulas: eletrons e suas contrapartes de antimateria, os positrons.

Essa transformacao rouba a energia que estava ajudando a sustentar a estrela contra a gravidade. E como se, de repente, alguem tirasse as vigas de sustentacao do predio. A pressao interna cai drasticamente, e a estrela comeca a colapsar. Mas, em vez de formar um buraco negro, esse colapso desencadeia reacoes nucleares descontroladas. O resultado e uma explosao colossal, conhecida como supernova de instabilidade de pares.

Essa explosao e tao absurdamente poderosa que a estrela inteira e despedacada e espalhada pelo espaco. Nao sobra absolutamente nada. Nem uma estrela de neutrons, nem um buraco negro. E o apagamento total da estrela. E e exatamente isso que cria a "Lacuna Proibida": se estrelas de uma certa faixa de massa sao completamente destruidas por essas explosoes, entao nao deveriam existir buracos negros com essas massas.

Os Invasores da Lacuna Proibida

A historia seria perfeita se terminasse ai. Mas o universo adora nos surpreender. Os astronomos continuam encontrando alguns poucos buracos negros que habitam exatamente essa lacuna proibida. Como eles foram parar la, se as estrelas que deveriam cria-los explodiram sem deixar rastros?

A resposta parece estar nas fusoes de buracos negros. Um estudo recente publicado na revista Nature sugere que esses buracos negros "impossiveis" nao nasceram diretamente do colapso de uma unica estrela. Em vez disso, eles sao o resultado de fusoes anteriores. Imagine dois buracos negros menores, com massas permitidas, que orbitam um ao outro e acabam colidindo. O buraco negro resultante dessa fusao sera muito maior e pode acabar caindo exatamente dentro da faixa de massa da lacuna proibida.

Os cientistas descobriram isso analisando a rotacao desses buracos negros. Aqueles que estao na lacuna proibida tendem a girar muito mais rapido, o que e uma forte evidencia de que eles sao o produto de colisoes passadas. Esses buracos negros de "segunda geracao" sao os verdadeiros invasores da lacuna proibida.

O Futuro da Exploracao Cosmica

A presenca desses invasores mostra que nossos modelos astrofisicos ainda estao incompletos. Novas perguntas surgem: quao comuns sao essas explosoes que destroem estrelas inteiras? Com que eficiencia os buracos negros crescem atraves de fusoes sucessivas?

Para responder a essas perguntas, precisaremos de detectores de ondas gravitacionais ainda mais sensiveis e de um catalogo muito maior de colisoes cosmicas. A cada nova deteccao, montamos mais uma peca desse gigantesco quebra-cabeca que e o universo.

E nao se esqueca, mantenha sempre seus olhos no ceu!

Perguntas frequentes

O que e a Lacuna Proibida dos buracos negros?
E uma faixa de massa (entre 50 e 130 vezes a massa do Sol) onde os cientistas esperavam nao encontrar buracos negros, pois estrelas com essa massa deveriam explodir completamente sem deixar restos.

O que sao ondas gravitacionais?
Sao ondulacoes invisiveis no tecido do espaco-tempo, causadas por eventos cosmicos extremamente violentos, como a colisao de dois buracos negros.

Como buracos negros "impossiveis" foram parar na lacuna proibida?
Acredita-se que eles nao nasceram do colapso de uma unica estrela, mas sim da fusao de dois buracos negros menores, criando um buraco negro maior que se encaixa nessa faixa de massa.