Quais são os tipos de buracos negros?

Os buracos negros são alguns dos objetos mais fascinantes e enigmáticos do universo. Sua formação e propriedades são objeto de intenso estudo, ao longo de décadas. Geralmente, eles se classificam com base em suas propriedades, resultando em diferentes tipos de categorização.

Neste artigo, focaremos nas classificações por massa e nas classificações por rotação e carga elétrica. Em muitos casos, estas duas classificações são complementares. Cada tipo tem características e origens distintas, com implicações importantes para a astrofísica e a cosmologia.

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Propriedades dos buracos negros

Independentemente do tipo, todos os buracos negros partilham três propriedades fundamentais: massa, carga eléctrica e rotação. Embora a rotação dos buracos negros estelares ainda não tenha sido observada diretamente, acredita-se que todos os buracos negros naturais possuem rotação, resultado da conservação do momento angular da estrela ou do objeto que os originou.

Classificação por Massa

Os astrônomos classificam os buracos negros com base na escala de massa, amplamente utilizada em observações astronômicas e astrofísicas. Eles podem medir a massa dos buracos negros diretamente ou inferi-la observando os efeitos gravitacionais que esses buracos negros exercem nas estrelas ou nos gases ao seu redor.

Buracos Negros Estelares

Os buracos negros estelares formam-se a partir do colapso gravitacional de estrelas massivas, geralmente com mais de 10 vezes a massa do Sol. Quando estas estrelas esgotam o seu combustível nuclear, ocorre uma explosão catastrófica, como uma supernova ou emissão de raios gama, resultando na criação de um buraco negro.

Este tipo de buraco negro tem uma massa que varia de algumas a dezenas de vezes a do Sol. O maior buraco negro estelar conhecido até 2001 tinha cerca de 14 massas solares. Os processos naturais conhecidos produzem apenas buracos negros com massas superiores a algumas vezes a massa do Sol, sugerindo que os buracos negros de menor massa eram primordiais, formados no início do universo.

Buracos Negros de Massa Intermediária (BNMI)

Os buracos negros de massa intermediária têm massas entre centenas e milhares de vezes a do Sol. Embora a existência destes buracos ainda seja uma questão de debate, evidências observacionais, como fontes de raios X ultraluminosas em galáxias próximas, podem estar associadas a eles.

A formação do BNMI permanece um mistério. Eles são grandes demais para se originarem de uma única estrela, mas pequenos demais para serem classificados como supermassivos. As hipóteses incluem a fusão de buracos negros estelares ou colisões de estrelas massivas em aglomerados densos.

Observações notáveis ​​incluem o objeto GCIRS 13E. Está localizado a cerca de três anos-luz do buraco negro supermassivo Sagitário A, embora a sua existência ainda seja incerta. O buraco negro M82 X-1, descoberto em 2006, também é candidato ao BNMI.

Buracos Negros Supermassivos

Buracos negros supermassivos são encontrados no centro de quase todas as grandes galáxias, incluindo a nossa Via Láctea. Têm massas que variam entre milhões e milhares de milhões de vezes a massa do Sol, formadas a partir de enormes nuvens de gás ou aglomerados de estrelas que colapsaram sob a sua própria gravidade no início do Universo.

Um dos mais conhecidos é Sagitário A, no centro da Via Láctea, com cerca de quatro milhões de vezes a massa solar. Outro exemplo famoso é o buraco negro no centro da galáxia Messier 87, com uma massa impressionante de 6,5 mil milhões de vezes a do Sol, tornando-o o primeiro buraco negro a ser fotografado diretamente em 2019 pelo Event Horizon Telescope.

Classificação por Rotação e Carga Elétrica

Esta classificação é baseada em soluções para as equações da relatividade geral de Einstein e concentra-se nas propriedades físicas dos buracos negros (rotação e carga). É amplamente utilizado em contextos teóricos, pois estas características são fundamentais para a dinâmica e comportamento dos buracos negros, incluindo a sua interação com o espaço-tempo circundante.

Buraco Negro de Schwarzschild

O Buraco Negro de Schwarzschild é o mais simples de todos, não possui rotação nem carga elétrica. Descrito pela solução da relatividade geral encontrada por Karl Schwarzschild, é caracterizado apenas pela sua massa. Seu horizonte de eventos é esférico e, além dele, nada pode escapar, nem mesmo a luz. O que acontece neste horizonte é algo que as leis da física ainda não conseguem descrever com precisão.

Buraco Negro de Kerr

O Kerr Black Hole é uma variação que adiciona rotação. Mantém a massa como propriedade essencial, mas sua rotação deforma o horizonte de eventos, o que o torna achatado, ou seja, achatado nos pólos. A rotação cria uma região fora do horizonte chamada ergosfera, onde o espaço-tempo é arrastado junto com o buraco negro. Isso permite a extração teórica de energia do sistema, conceito explorado pelo processo Penrose.

Buraco Negro de Reissner-Nordström

Por fim, o Buraco Negro de Reissner-Nordström é aquele que possui carga elétrica, mas não tem rotação. Possui dois horizontes de eventos se a carga elétrica for alta o suficiente: um externo e outro interno. A carga elétrica cria um campo ao redor do buraco negro que influencia diretamente a atração ou repulsão de partículas com cargas opostas ou iguais.

Buraco Negro de Kerr-Newman

Por fim, o Buraco Negro de Kerr-Newman, que, além de massa e rotação, possui carga elétrica. A carga introduz um campo magnético ao redor do buraco negro, modificando o campo gravitacional. Isto influencia tanto o horizonte de eventos como a ergosfera, permitindo interações específicas com partículas carregadas à medida que se aproximam.