Quasares

Uma esfera cujo raio fosse de 9 quilômetros teria o triplo do raio de uma esfera de 3 quilômetros de raio, e teria 3 X 3 X 3, ou 27 vezes o volume.

No volume da esfera maior haveria o triplo de massa. A densidade do maior buraco negro seria 3/27 ou 1/9 da densidade do pequeno.

De modo geral, quanto mais maciço for um buraco negro, menos denso ele será.

Se a galáxia da via-láctea, cuja massa é 150 bilhões de vezes maior que a do Sol, tivesse que se reduzir a um buraco negro, seu raio Schwarzschild teria 450 bilhões de quilômetros, ou aproximadamente 1/ de 1 ano-luz. Tal buraco negro teria uma densidade média mil vezes

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menor que a do ar que nos circunda. Mais pareceria um vácuo — mas ainda seria um buraco negro do qual nada escaparia.

Se houvesse uma quantidade de massa no universo que o tornasse fechado, e se toda essa massa estivesse comprimida em um buraco negro, seu raio Schwarzschild seria de aproximadamente 300 bilhões de anos-luz! Tal buraco negro teria um volume muito maior do que o universo conhecido; sua densidade seria bastante menor que a atual densidade média do universo.

Assim sendo, imaginemos o universo em contração. Suponhamos que cada galáxia tenha perdido a maior parte de sua matéria para um buraco negro, de modo que o universo em contração consista em 100 bilhões de buracos negros, com diâmetros variando de 1/500 de 1 ano-luz a 1 ano-luz, dependendo de sua massa. Nenhuma matéria pode emergir de nenhum desses buracos negros.

Agora, nos estágios finais da contração, todos esses buracos negros se encontram e se aglutinam para formar um único buraco negro contendo a massa do universo — e com um raio Schwarzschild de 300 bilhões de anos-luz. Nada pode atravessar os limites desse raio, mas bem que podem existir expansões dentro dos limites do raio. O arremesso para fora do raio, por assim dizer, pode perfeitamente ser o evento que inicia a grande explosão.

Uma vez mais o universo se forma através da expansão numa vasta explosão. Assim se formam as galáxias, as estrelas e os planetas. Mais cedo ou mais tarde, começarão a se formar buracos negros, e a coisa toda se repete.

Se continuarmos nesta linha de pensamento, deveremos concluir que o universo não pode ser aberto — que ele não se expande para sempre.

O ovo cósmico de onde se originou a expansão deve ter sido um buraco negro e deve ter tido um raio Schwarzschild. Se fosse o caso de o universo se expandir eternamente, algumas de suas partes conseqüentemente teriam que superar o raio Schwarzschild, o que seria impossível. Por essa razão, o universo deve ser fechado, e a reviravolta deve ocorrer antes

que o raio Schwarzschild seja alcançado {15}.

QUASARES

Das três catástrofes do primeiro grau capazes de inviabilizar a vida no universo — expansão até a morte pelo calor, contração até o ovo cósmico e contração em buracos negros separados —, a terceira é diferente das duas primeiras em certos aspectos importantes.

Tanto a expansão geral do universo até a morte pelo calor quanto a contração geral do universo até a formação do ovo cósmico afetariam o universo mais ou menos da mesma forma. Em ambos os casos, considerando-se que a vida humana ainda sobreviva daqui a 1 trilhão de anos, não haveria razões para se supor que poderíamos levar vantagem ou desvantagem por nossa particular posição no universo. Nosso pedaço de universo não vai ser prejudicado significativamente, mais cedo — ou mais tarde — do que qualquer outro.

No caso da terceira catástrofe, a dos buracos negros separados, a situação é bem diversa. Neste caso estamos lidando com uma série de catástrofes locais. Um buraco negro pode se formar aqui e não lá adiante, de modo que a vida pode ser impossível aqui, mas não lá adiante. A longo prazo, com certeza, tudo se aglutinará em um buraco negro. Porém, os buracos negros que se formam aqui e agora podem impossibilitar a vida em suas adjacências aqui e agora, embora a vida continue acolá, despercebida e despreocupadamente, por 1 trilhão de anos. Portanto, resta-nos questionar se realmente há buracos negros existindo hoje. Se houver, devemos nos perguntar onde provavelmente estão e qual a probabilidade de interferirem em nossa vida de modo catastrófico, mesmo antes (ou talvez muito antes) da catástrofe final.

Para começar, é lógico que um buraco negro venha a se formar em lugares onde já se acumula muita massa. Quanto mais maciça for uma estrela, melhor candidata ela será para se constituir num buraco negro. Os aglomerados estelares, onde numerosas estrelas se reúnem, são candidatos melhores ainda.

Os aglomerados maiores e onde mais se concentram estrelas estão nos centros de galáxias, mais exatamente nos centros de galáxias gigantescas como a nossa, ou até maiores. Lá, milhões ou bilhões de estrelas encontram-se amontoadas em um minúsculo volume, e é lá que a catástrofe do buraco negro mais provavelmente ocorrerá.

Há apenas vinte anos, os astrônomos mal imaginavam que os centros galácticos eram palco dos mais violentos acontecimentos. As estrelas se concentravam nesses centros, mas, mesmo nos centros de grandes galáxias, as estrelas estariam separadas de um décimo de ano-luz em média, e ainda haveria espaço para se moverem sem interferir seriamente umas nas outras.

Se nosso Sol estivesse localizado nesse tipo de região, veríamos 2,5 bilhões de estrelas a olho nu, das quais 10 milhões seriam de primeira grandeza — mas todas seriam vistas como simples pontos luminosos. A luz e o calor emitidos por essas estrelas poderiam ser um quarto daquilo que o Sol emite. Esta luz e este calor adicionais fariam a Terra inabitável — a menos que ela estivesse mais distante do Sol, como, por exemplo, na atual posição de Marte. Poderíamos ter utilizado esse argumento em anos tão recentes como 1960, por exemplo, desejando que o Sol estivesse no centro galáctico, para então podermos admirar noites mais belas.

Se pudéssemos captar somente a luz visível emitida pelas estrelas, talvez jamais tivéssemos encontrado motivos para mudar de idéia. Em 1931, porém, o engenheiro americano Karl Guthe Jansky (1905-50) detectou radioondas de comprimentos 1 milhão de vezes maiores que os da luz visível, vindas de determinadas regiões celestes. Após a Segunda Guerra Mundial, os astrônomos desenvolveram métodos de captação dessas ondas, em especial de uma variedade de ondas curtas chamadas microondas. Várias fontes de microondas foram localizadas no céu com os radiotelescópios dos anos 50. Muitas delas pareciam estar associadas a estrelas muito obscuras de nossa própria galáxia. Um exame mais aguçado dessas estrelas demonstrou que elas não apenas se destacavam por emitir microondas, mas também pareciam estar associadas a pálidas nuvens, ou nebulosidades, que as circundavam. A mais brilhante delas, registrada nos catálogos como 3C273, manifestava indícios de um minúsculo jato de matéria que emergia dela.

Os astrônomos começaram a suspeitar de que esses objetos emissores de microondas não eram estrelas comuns, embora dessem essa impressão.

Passaram a ser denominados radiofontes quase-estelares (em forma de estrela). Em 1964, o astrônomo sino-americano Hong-Yee Chiu abreviou o nome para “quasar” — como são hoje conhecidos os objetos emissores de microondas.

Os espectros dos quasares foram estudados, mas os traços escuros encontrados não foram identificados até 1963. Nesse ano, o astrônomo holandês-americano Maarten Schmidt (1929-) reconheceu que os traços eram do tipo que aparecia no ultravioleta, isto é, representavam ondas luminosas muito mais curtas que as que nossa retina é capaz de captar. Apareciam na região visível dos espectros dos quasares somente porque haviam se submetido a um enorme desvio vermelho.

Isso significava que os quasares se afastavam de nós mais rápido que qualquer galáxia que pudesse ser vista e estavam mais longe de nós do que qualquer uma dessas galáxias. O quasar 3C273 é o mais próximo de nós e fica a mais de 1 bilhão de anos-luz. Quasares mais longínquos são descobertos às dúzias. Os mais distantes estão situados a até 12 bilhões de anos-luz.

Para serem vistos de tão longe, os quasares devem ser cem vezes mais brilhantes que a nossa galáxia. Se o são, não é porque são cem vezes maiores que a via-láctea ou possuem cem vezes mais estrelas. Se os quasares fossem tão grandes, mesmo a enormes distâncias, nossos telescópios os revelariam como faixas nebulosas, e não simplesmente como pontos luminosos. Eles devem ser muito menores que galáxias.

A pequenez dos quasares é também indicada pelo fato de que eles variam em brilho de ano para ano (de mês a mês, em alguns casos). Isso não pode ocorrer num corpo que tenha a dimensão de uma galáxia. Algumas partes da galáxia perdem e outras ganham brilho, mas a média permanece constante. Para que toda ela ganhe ou perca brilho, é necessário que haja algum efeito que atinja todas as suas partes. Tal efeito, seja qual for, deve viajar de um extremo a outro e não o faz com velocidade superior à da luz.

No caso da galáxia via-láctea, por exemplo, um dado efeito levaria 100 000 anos para atravessá-la; e se a nossa galáxia como um todo perdesse ou ganhasse brilho repetidas vezes, seria de se esperar que a alteração no brilho demorasse 100 000 anos para acontecer.

As rápidas alterações dos quasares demonstravam que eles não podiam ter mais que 1 ano-luz de diâmetro; mesmo assim, eles emitiam radiação cem vezes mais rápido que nossa galáxia, cujo diâmetro é de 100.000 anos-luz. Mas como? O princípio da resposta pode ter aparecido em 1943, quando um formando em astronomia, Carl Seyfert, descobriu uma galáxia excêntrica, membro de um grupo hoje chamado de “galáxias de Seyfert”.

As Seyfert não são descomunais em tamanho nem distância, mas têm centros muito compactos e brilhantes, que parecem extremamente quentes e ativos — como um quasar, aliás. Assim como os quasares, esses centros brilhantes apresentam variação na radiação e também têm diâmetros de aproximadamente 1 ano-luz.

Se imaginarmos uma longínqua galáxia de Seyfert com um centro bastante luminoso, tudo o que veremos será esse centro; o resto estará opaco demais para ser distinguido. Resumindo, parece que os quasares são nada mais que galáxias de Seyfert longínquas, das quais só vemos os centros (apesar de que as nebulosidades que circundam os quasares mais próximos possam ser parte das galáxias aparecendo). Pode ser que haja uma proporção de 1 bilhão de galáxias comuns para cada gigantesca galáxia de Seyíert, mas não vemos as galáxias comuns. Nenhuma parte delas brilha a ponto de ser vista.

Galáxias que não são Seyfert também parecem ter centros ativos — centros que de um modo ou de outro são fontes de radiação ou dão indícios de que sofreram explosões, ou ambos.

Será possível que a união de estrelas em centros galácticos produza condições que propiciem a existência de buracos negros, os quais crescem constantemente, ficam enormes e produzem a atividade dos centros galácticos, a qual é responsável pelo brilho dos centros das galáxias de Seyfert e dos quasares?

Logicamente, a questão é a de como os buracos negros podem ser a fonte de radiação extremamente energética dos centros galácticos, sendo que nada pode emergir deles, nem mesmo a radiação. O x da questão é que a radiação não precisa necessariamente surgir do próprio buraco negro.

Quando a matéria se dirige para o buraco negro, seu rapidíssimo movimento orbital, sob o efeito do intensíssimo campo gravitacional naquela região, acaba por causar a emissão de radiação intensamente energética. Raios X, que são como a luz mas com ondas 500 000 vezes menores, são emitidos em grande escala.

A quantidade de radiação emitida assim depende de duas coisas: em primeiro lugar, da massa do buraco negro, pois quanto mais maciço ele for, mais e com maior rapidez ele engolfa a matéria, produzindo mais radiação; em segundo lugar, da quantidade de matéria existente nos arredores do buraco negro. A matéria concentrada nessa área se reúne e se instala numa órbita chamada “disco de acréscimo”. Quanto mais matéria houver nas redondezas, maior poderá ser o disco de acréscimo, maior a quantidade de matéria a adentrar o buraco negro e mais intensa será a radiação produzida.

Um centro galáctico não é apenas o local ideal para a formação de buraco negro; ele também oferece a vantagem de grandes quantidades de matéria nas proximidades. Não é para menos que há fontes de radiação tão compactas no centro de tantas galáxias e que a radiação seja tão intensa nessa região.

Alguns astrônomos especulam que toda galáxia tem um buraco negro no centro. Realmente, é possível que à medida em que nuvens gasosas se contraiam não muito tempo após a grande explosão, as porções mais densas se condensem em buracos negros. Outras contrações então passam a ocorrer nas regiões gasosas atraídas pelo buraco negro e orbitando à sua volta. Dessa forma, uma galáxia formar-se-ia como uma espécie de superdisco de acréscimo ao redor de um buraco negro central, o qual se constituiria na parte mais primitiva da galáxia.