Buracos negros se formam quando estrelas hipermassivas (com massas superiores a 30 sóis) colapsam pela própria gravidade, não havendo mais nenhuma pressão térmica e radiante para contrabalancear com a gravidade. Quando a fusão nuclear fabrica núcleos de Ferro por exemplo, a reação nuclear passa a ser endotérmica, isto é, precisa absorver energia ao invés de liberar como em uma reação exotérmica após o choque entre os núcleos atômicos. Assim, não há mais fótons como produtos e consequentemente, não há mais pressão nas camadas externas da estrela para suportar seu próprio peso. Então, as camadas externas ao núcleo desabam sobre o próprio núcleo, provocando um ricochete e então, ocorre a explosão. A energia liberada advém da potencial gravitacional liberada na contração das camadas externas. A energia sonora está presente na onda de choque material (que é o que é expelido na explosão). Esse evento cataclísmico é conhecido como "supernova" e pode ser uma "hipernova" quando a massa da estrela é muito grande, superior a de uns 40 sóis. Como 90% do conteúdo material da estrela é arremessada literalmente para fora, sobra apenas 10% de sua massa que pertence ao caroço, que posteriormente virará um buraco negro, se a massa for superior ao limite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff (cerca de 3 vezes a massa do Sol). Se for entre esse limite e o limite de Chandrasekhar, o caroço será uma estrela de nêutrons. O limite de Chandrasekhar é o quanto de massa o caroço resultante da estrela precisa ter para virar uma anã branca. Esse limite é de cerca 1,5 vezes a massa do Sol. Uma anã branca é uma estrela de gás fermi de elétrons degenerados, isto é, o caroço resultante da explosão é contraído até o limite máximo possível em que não se pode mais contrair, pois há uma pressão quântica dos elétrons que impossibilita estes ocuparem o mesmo estado quântico. Essa pressão advém do princípio de exclusão de Pauli e não depende da temperatura da estrela mas sim, da densidade. Em uma estrela de nêutrons, os prótons se combinam com os elétrons em um processo chamado captura eletrônica, e se transformam em nêutrons. A pressão gravitacional é tão gigantesca que os elétrons são jogados contra os prótons, ocorrendo assim, pois, a transmutação. Então, restam nêutrons e agora existe um gás fermi de nêutrons degenerados. Nêutrons assim como elétrons são férmions, o que quer dizer que também não podem ocupar o mesmo estado quântico. Então ficam nos seus níveis de energia mais baixos possíveis. Pulsares e Magnetares são em verdade estrelas de nêutrons. Mas quando a massa ultrapassar o limite de TOV, então nem mesmo a pressão quântica dos gás fermi dos nêutrons é capaz de estabilizar a estrela, que já se contraiu em um volume menor que o da Lua! Então, os próprios nêutrons, que antes estavam empacotados na estrela, como se esta fosse um único núcleo atômico, são exprimidos e o núcleo continua a se contrair até chegar no que o teorema de Hawking-Penrose propõe, que é uma singularidade. Já escrevi sobre singularidade e vale todas as penas ler: Houve mesmo uma singularidade?
Acontece que o produto disso é uma
curvatura gigantesca no tecido espacial-temporal provocada por uma grande
densidade de massa-energia. O raio para qualquer corpo virar um buraco negro é
chamado de raio de Schwarzschild, que é a distância entre o caroço do buraco
negro e o horizonte de eventos, que é a região que limita o que entra no buraco
negro e nunca mais sai, isto é, o que pertence a seu interior à área de fora do
buraco negro. Em verdade, os buracos negros causam uma curvatura tão gigantesca
no tecido espacial-temporal que nem mesmo a luz pode escapar. Se a luz
ultrapassar o horizonte de eventos, percorrerá as geodésicas e será relegada ao
limbo. A equação que determina o raio de Schwarzschild é diretamente
proporcional à massa da estrela. O raio de Schwarzschild pode ser obtido
através da equação R=2GM/c², em que M é a massa da estrela, G é a constante
gravitacional de Newton e c a velocidade da luz no vácuo. O interessante é que
se pode calcular o raio de Schwarzschild necessário para uma pessoa virar um
buraco negro. Mas é um número infinitesimal, menor que o tamanho de um átomo.
Podemos concluir que o fato do universo estar imerso no interior de um buraco
negro vai depender diretamente de sua massa (e não densidade). Como a massa da
matéria luminífera do universo é cerca de 2x10^52kg e isso é apenas um vigésimo
do conteúdo massivo-energético do universo, considerando a energia e matéria
escuras, esse valor é 4x10^53kg. Se multiplicarmos isso duas vezes pela
constante gravitacional de Newton ( que é cerca de 6,67x10^-11 m^3 kg^-1
s^-2) e somarmos os valores, bem como dividirmos pelo quadrado da velocidade da
luz no vácuo, obteremos um raio de cerca de 6x10^26 metros. O raio de hubble
cósmico é cerca de 46,5 bilhões de anos luz, ou seja, 4,4x10^24 metros.
Portanto, é menor que o raio de Schwarzwild do cosmo. Isso quer dizer que
vivemos no interior de um buraco negro desde que o universo surgiu. Não há
nenhuma inconsistência fenomenológica nesse fato, uma vez que a densidade de um
buraco negro é inversamente proporcional a sua massa e esse é compatível com o
que se observa no universo observável. De fato, sempre viveremos em um buraco
negro, que é todo o universo! O universo é por definição, um sistema isolado e
fechado. Dessa forma, não há "lado de fora" do universo. Vivemos no
interior de um buraco negro (que é o próprio universo), em que só deixará de existir quando o valor raio do universo ultrapassar o valor do raio de Schwarzschild.
Referências:
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