Um dos aspectos mais notáveis sobre o nosso planeta – se observado de fora – é que ele gira. A rotação da Terra define nossos dias, estabelecendo o ritmo fundamental da vida em nosso mundo.
A lua gira também. Assim como os planetas e tudo deles luas. O sol também gira, assim como All Stars. Até as galáxias giram; A Via Láctea gira à medida que as estrelas giram em torno de seu centro em órbitas multimilionárias.
Parece óbvio, então, que, cosmicamente falando, tudo GINES-mas esse fato básico se torna totalmente bizarro no caso da cabeça de buracos negros. Acontece que o Spin, é uma das características mais importantes para esses monstros gravitacionais e tem impactos abrangentes de como eles se deleitam na matéria com a maneira como podem moldar a própria estrutura das galáxias.
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O momento angular é o conceito central para entender ao refletir em buracos negros girando. É exatamente como o momento que você está familiarizado com a sua vida cotidiana (o que chamamos de momento linear), mas para um objeto giratório. É mais fácil pensar em termos de inércia – isto é, como é difícil impedir que um objeto gire. Quanto mais rápido algo está girando – e quanto mais enorme é algo, mais inércia ela tem e mais difícil é parar.
O momento angular é uma característica especial de um objeto, pois é conservado. Na ausência de alguma força externa, algo girar por si só continuará girando para sempre. Se você tentar desacelerar ou acelerar, digamos, pegando -o, parte de seu momento angular será transferido para você (ou de você para ele) para que o momento angular total e combinado entre você e isso não mude.
O momento angular de um objeto depende de sua taxa de rotação (é claro!), Sua massa e, o mais importante para nossa discussão, seu tamanho. Os patinadores de gelo fornecem um exemplo clássico: eles jogam os braços para começar uma volta, então, quando trazem os braços para perto do corpo, com a taxa de rotação escorregadia. É assim que o momento angular é conservado; o tamanho diminui, Então a taxa de rotação aumenta.
O mesmo se aplica às estrelas, equilibradas à beira de explodir por causa de seu brilho e colapso para dentro por conta de sua gravidade interna. Quando uma estrela de alta massa fica sem combustível, esse equilíbrio é quebrado e o núcleo cai, gerando uma explosão gigantesca-uma supernova-que explode as camadas externas da estrela. À medida que o núcleo diminui, ele também gira. E se sua massa for mais do que três vezes o Sol, o núcleo (que anteriormente era dezenas de milhares de quilômetros de largura) se tornará um buraco negro a apenas 10 quilômetros de diâmetro.
Esta redução dramática pode aumentar a rotação do buraco negro por um fator de vários milhão sobre seu progenitor estelar mais sedado, para que gira centenas de vezes por segundo. E como o momento angular é conservado, embora quase todo o resto da estrela seja aniquilado no nascimento do buraco negro, o spin permanece.
De fato, apenas três fatores podem ser usados para definir um buraco negro: sua massa, seu momento angular e sua carga elétrica. Na realidade, essa cobrança será neutra ou muito próxima dela; portanto, em termos práticos, os dois primeiros fatores são fundamentais.
Por esse motivo, esperamos que a maioria, se não todos, os buracos negros giram muito rápido.
É um conceito estranho, porque os buracos negros não têm uma superfície física que pode girar. Mas dado que o momento angular não pode ser destruído, buracos negros deve Mantenha -o quando forem formar.
E isso deve ser verdade para buracos negros nascidos de estrelas, bem como para os buracos negros supermassivos que vemos nos centros de grandes galáxias também, mesmo que não entendamos completamente como esses gigantes se formam. E notavelmente, em alguns casos, podemos realmente medir esses colossais giros cósmicos.
O truque é perceber que, embora o momento angular de um buraco negro não possa simplesmente desaparecer, ele certamente pode crescer. O material caindo em um buraco negro acrescenta seu momento angular ao sistema, aumentando a rotação do buraco negro. Há um limite teórico para a rapidez com que um buraco negro pode girar; É um conceito matemático complicado, mas efetivamente esse limite é quando o buraco negro está girando na velocidade da luz. É possível, embora difícil, medir a rotação de um buraco negro pela luz é emitido do material pouco antes de entrar e, por exemplo, o Galaxy NGC 1365, nas proximidades, tem um buraco negro supermassivo central que foi medido para estar girando quase esse limite.
Mas é claro que fica mais estranho. Um aspecto bizarro da teoria geral da relatividade de Einstein é que o espaço -tempo pode agir como um tecido, uma substância na qual as massas são incorporadas. Einstein previu que, à medida que os objetos maciços giram, eles arrastam o espaço-tempo ao seu redor no que é chamado de efeito que é mais comum, ou mais comumente “arrastando o quadro”. O efeito é mais forte muito próximo do horizonte de eventos do buraco negro, seu ponto sem retorno e fica mais fraco com a distância. É como enfiar uma batedeira em uma grande tigela de mel; O mel próximo girará junto com a batedeira, mas é tão viscosa que alguns centímetros fora de quem dificilmente se moverá.
Esse arrasto da estrutura relativista afeta o material do lado de fora do buraco negro profundamente. O material próximo ao buraco negro é arrastado junto com o espaço ao redor, acelerando roubando energia do giro do buraco negro. Esse material em movimento gera um forte campo magnético, alimentado pela rotação. À medida que o assunto orbita o buraco negro, as linhas de campo magnéticas se enrolam, criando vórtices gêmeos como tornados. Estes são tão poderosos que podem afastar a matéria do buraco negro e acelerá -lo para fora da velocidade da luz! Os astrônomos chamam esses raios de “jatos” e, com buracos negros supermassivos, eles podem ter centenas de milhares de anos-luz.
Os astrônomos ainda não têm certeza de como os buracos negros supermassivos se formam. Eles crescem enormes com o material caindo da galáxia hospedeira ainda formulante, ou muitos orifícios negros menores se formam no centro e se fundem para criar um único enorme? O giro do buraco negro resultante pode nos dizer a resposta. Se for formar a partir de um disco de material infeliz, o spin estará próximo ao limite, mas se se formou a partir de outros orifícios negros em direção a direções aleatórias que se fundem, seus giros poderão cancelar, deixando um buraco preto final com menor rotação. Não é bastante Isso simples, é claro, mas pode ser possível em princípio observar jovens buracos negros supermassivos com algo como o Telescópio Espacial James Webb, para ver se a rotação pode ser medida e um dos métodos de formação suportados ou descontados.
Conhecemos as formas supermassivas do buraco negro e cresce junto com sua galáxia hospedeira. À medida que o gás protogalático de uma enorme nuvem desmorona e coales em estrelas, o buraco negro em seu centro já é enorme e girando rapidamente. Se formar jatos, eles ararem sobre o assunto que se enquadrava para formar a própria galáxia, batendo nesse material e até revertendo seu curso, explodindo -o. Isso pode apagar a formação de estrelas, limitando quantas estrelas a galáxia tem. Dessa maneira, a rotação de um buraco negro afeta diretamente o tamanho e a estrutura da galáxia ao seu redor.
Não importa como você olhe para eles, os buracos negros são bizarros. O fato de que eles existem e podemos entendê -los é, para mim, emocionante e profundo. Vivemos em uma galáxia com um buraco negro supermassivo em seu centro, e podemos devemos nossa existência a ela. Isso por si só é motivo suficiente para tentar entendê -los.