Buracos Negros de Massa Estelar
Quando o núcleo de uma estrela muito massiva é demasiado pesado para qualquer pressão o suportar, colapsa sem limite num buraco negro, uma região cuja gravidade é tão forte que nem mesmo a luz consegue escapar.
Definition
Um buraco negro de massa estelar é um remanescente compacto, formado a partir do colapso do núcleo de uma estrela massiva, cuja gravidade é tão forte que uma região delimitada por um horizonte de eventos não permite que nada, incluindo a luz, escape.
Scope
O tópico abrange a formação de buracos negros de massa estelar a partir do colapso de núcleos estelares massivos, a sua descrição pelas soluções de Schwarzschild e Kerr da relatividade geral, o horizonte de eventos e a órbita estável mais interna, a sua deteção através de binários de raios-X e ondas gravitacionais, e a gama de massas que os distingue das estrelas de neutrões.
Core questions
- Como se forma um buraco negro de massa estelar?
- O que é um horizonte de eventos?
- Como podemos detetar algo que não emite luz?
- Que massas têm os buracos negros de massa estelar?
Key concepts
- horizonte de eventos
- raio de Schwarzschild
- buraco negro de Kerr
- disco de acreção
- binário de raios-X
- ondas gravitacionais
- lacuna de massa
Key theories
- Colapso ininterrupto para um buraco negro
- Se um núcleo estelar em colapso exceder a massa máxima que a degenerescência e as forças nucleares podem suportar, nenhuma pressão conhecida pode detê-lo; a relatividade geral prevê um colapso contínuo dentro de um horizonte de eventos, como demonstrado pela primeira vez para o colapso idealizado por Oppenheimer e Snyder.
- Deteção por acreção e ondas gravitacionais
- Os buracos negros de massa estelar são revelados quando acrecionam de um companheiro e brilham em raios-X, e pelas ondas gravitacionais emitidas quando dois buracos negros espiralam juntos e se fundem, detetadas pela primeira vez em 2015, que medem diretamente as suas massas e rotações.
Mechanisms
O núcleo em colapso de uma estrela suficientemente massiva supera todo o suporte de pressão e cai dentro do seu raio de Schwarzschild, formando um horizonte de eventos. Tal buraco negro torna-se observável quando o gás de uma estrela companheira espirala através de um disco de acreção quente e irradia raios-X, ou quando dois buracos negros se fundem e irradiam energia como ondas gravitacionais.
Clinical relevance
Os buracos negros de massa estelar testam a relatividade geral no regime de campo forte, ancoram o estudo da física de acreção e jatos relativísticos em binários de raios-X, e são as fontes dominantes detetadas por observatórios de ondas gravitacionais terrestres, abrindo uma nova forma de contar remanescentes compactos e investigar a evolução de estrelas massivas.
History
Schwarzschild resolveu as equações de Einstein para uma massa pontual em 1916, Oppenheimer e Snyder modelaram o colapso gravitacional em 1939, Kerr encontrou a solução rotativa em 1963, e os primeiros buracos negros de massa estelar foram identificados em binários de raios-X como Cygnus X-1 e posteriormente confirmados em massa por deteções de ondas gravitacionais.
Debates
- A lacuna de massa entre estrelas de neutrões e buracos negros
- Debate-se se existe uma lacuna na distribuição de massa entre as estrelas de neutrões mais pesadas e os buracos negros mais leves, e onde se situa o limite; eventos de ondas gravitacionais com massas nesta gama estão a testar se tal lacuna existe.
Key figures
- J. Robert Oppenheimer
- Karl Schwarzschild
- Roy Kerr
- Roger Penrose
Related topics
Seminal works
- abbott2016
- shapiro1983
Frequently asked questions
- Como podemos observar um buraco negro se a luz não consegue escapar dele?
- Detetamos buracos negros indiretamente: o gás que cai em direção a um aquece e emite raios-X antes de cruzar o horizonte, as órbitas de estrelas companheiras revelam um objeto massivo invisível, e buracos negros em fusão irradiam ondas gravitacionais que os detetores na Terra podem medir.
- Quão massivos são os buracos negros de massa estelar?
- Eles geralmente variam de algumas a algumas dezenas de vezes a massa do Sol, formados a partir do colapso de estrelas massivas; isso os distingue das milhões a bilhões de massas solares dos buracos negros supermassivos encontrados nos centros das galáxias.