Buracos Negros
Um buraco negro é uma região do espaço-tempo tão fortemente curvada que nada, nem mesmo a luz, pode escapar de dentro de seu horizonte de eventos; buracos negros estão entre as previsões mais impressionantes da relatividade geral e são agora diretamente observados.
Definition
Um buraco negro é uma região do espaço-tempo delimitada por um horizonte de eventos, uma superfície unidirecional de dentro da qual nenhum sinal pode alcançar observadores distantes, formada quando a matéria é comprimida dentro de seu raio de Schwarzschild e caracterizada em equilíbrio apenas por massa, momento angular e carga.
Scope
A área abrange a definição e a estrutura dos buracos negros: horizontes de eventos e as singularidades que eles encerram, os teoremas da "não-cabelo" que reduzem um buraco negro estacionário a massa, carga e rotação, as geometrias rotativas de Kerr e Reissner-Nordstrom carregadas, as leis da mecânica dos buracos negros e sua interpretação termodinâmica, incluindo a radiação Hawking, e o colapso gravitacional que forma os buracos negros.
Sub-topics
Core questions
- O que define um horizonte de eventos e o que está além dele?
- Por que um buraco negro estacionário é descrito por apenas três números?
- Como os efeitos quânticos fazem os buracos negros irradiar e possuir entropia?
- Como os buracos negros astrofísicos se formam por colapso gravitacional?
Key concepts
- Horizonte de eventos
- Singularidade
- Teorema da "não-cabelo"
- Entropia de buraco negro
- Radiação Hawking
- Colapso gravitacional
Key theories
- Teorema da "não-cabelo"
- Um buraco negro estacionário na relatividade geral é completamente caracterizado por sua massa, momento angular e carga elétrica, de modo que todos os outros detalhes da matéria que o formou são perdidos atrás do horizonte.
- Teoremas da singularidade
- Penrose e Hawking provaram que, sob condições razoáveis de energia e causalidade, o colapso gravitacional e o universo primitivo devem produzir singularidades do espaço-tempo, estabelecendo que as singularidades são características genéricas da relatividade geral, e não artefatos de simetria.
- Radiação Hawking
- A teoria quântica de campos perto de um horizonte prevê que um buraco negro emite radiação térmica a uma temperatura inversamente proporcional à sua massa, de modo que os buracos negros evaporam lentamente, ligando gravidade, teoria quântica e termodinâmica.
Clinical relevance
Buracos negros são centrais para a astrofísica moderna: buracos negros de massa estelar se formam a partir do colapso de estrelas massivas e alimentam binários de raios-X, buracos negros supermassivos ancoram galáxias e impulsionam núcleos galácticos ativos, e fusões de buracos negros são as fontes mais ruidosas de ondas gravitacionais detectadas até o momento.
History
Implícitos na solução de Schwarzschild de 1916, os buracos negros foram por muito tempo considerados não-físicos até que Oppenheimer e Snyder modelaram o colapso em 1939; o teorema da singularidade de Penrose de 1965, a nomeação de 'buraco negro' por Wheeler, os resultados do teorema da "não-cabelo" e a descoberta de Bekenstein-Hawking da termodinâmica dos buracos negros na década de 1970 os estabeleceram como objetos centrais, posteriormente confirmados por observações de ondas gravitacionais e do Event Horizon Telescope.
Debates
- O paradoxo da informação
- O cálculo de Hawking sugeriu que um buraco negro em evaporação destrói informações, entrando em conflito com a unitariedade da mecânica quântica; conciliar os dois, através de holografia, firewalls ou correlações sutis na radiação, continua sendo um problema ativo e não resolvido.
Key figures
- Roger Penrose
- Stephen Hawking
- Jacob Bekenstein
- John Wheeler
- Roy Kerr
Related topics
Seminal works
- penrose1965
- hawking1975
Frequently asked questions
- Você conseguiria ver o que acontece dentro de um buraco negro?
- Não de fora: o horizonte de eventos impede que qualquer sinal do interior alcance observadores distantes, então o interior é causalmente desconectado; um observador que caia poderia, em princípio, investigá-lo, mas nunca poderia reportar de volta através do horizonte.
- Os buracos negros duram para sempre?
- Classicamente sim, mas a radiação Hawking faz com que percam massa e eventualmente evaporem; a escala de tempo é astronomicamente longa para buracos negros estelares e maiores, então os buracos negros astrofísicos são efetivamente permanentes em qualquer escala de tempo humana ou cosmológica considerada até agora.