A primeira previsão da existência de um buraco negro ocorreu no final dos anos 1790, quando John Michell da Inglaterra e Pierre-Simon de Laplace da França, utilizando as Leis de Newton, sugeriu independentemente da existência de uma "estrela invisível". Michell e Laplace calculou a massa e tamanho - o que agora é chamado de "horizonte de eventos" - que um objeto precisa para ter uma velocidade de escape maior do que a velocidade da luz. Em 1915, a teoria da relatividade geral de Einstein previu a existência de buracos negros. Em 1967, John Wheeler, um físico teórico americano, aplicou o termo "buraco negro" para esses objetos em colapso.
No próximo episódio de domingo 4, apresentador Neil de Grasse Tyson ( vídeo Sneak Peek )explica a primeira descoberta de um buraco negro, Cygnus X-1.
"Porque nenhuma outra informação pode escapar de um buraco negro, conhecendo a sua massa, rotação e carga elétrica dá uma descrição completa do mesmo", afirma Mark Reid, do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (Cfa). "O responsável por este buraco negro é praticamente zero, assim medir sua massa e rotação fazer a nossa descrição completa", acrescentou.
Em 2011, os astrônomos produziu a primeira descrição completa de um buraco negro. Suas medições precisas lhes permitiram reconstruir a história do objeto de seu nascimento cerca de seis milhões de anos atrás. Usando vários telescópios, ambos baseados em terra e em órbita, os cientistas desvendou mistérios de longa data sobre o objeto chamado Cygnus X-1, um famoso sistema binário estrelas mostrado abaixo descobriram estar emitindo fortemente raios-X quase meio século atrás.
O sistema consiste de um buraco negro e uma estrela companheira da qual o buraco negro é material de desenho. Esforços dos cientistas produziram as medições mais precisas de todos os tempos da massa do buraco negro ea velocidade de rotação.
"Porque nenhuma outra informação pode escapar de um buraco negro, conhecendo a sua massa, rotação e carga elétrica dá uma descrição completa do mesmo", afirma Mark Reid, do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (Cfa). "O responsável por este buraco negro é praticamente zero, assim medir sua massa e rotação fazer a nossa descrição completa", acrescentou.
Apesar de Cygnus X-1 foi estudada intensamente desde sua descoberta, as tentativas anteriores para medir sua massa e de spin sofreu com a falta de uma medição precisa da sua distância da Terra. Reid liderou uma equipe que usou da Fundação Nacional de Ciência disposição muito Long Baseline (VLBA) , um sistema de rádio-telescópio em todo o continente, para fazer uma medição trigonométrica direta da distância. Suas observações VLBA desde uma distância de 6.070 anos-luz, enquanto as estimativas anteriores variavam 5800-7800 anos-luz.
Armado com a medição de distância novo, preciso, cientistas utilizando o Chandra X-Ray Observatory, o Rossi X-Ray Timing Explorer, o Satélite Avançado de Cosmologia e Astrofísica , e observações de luz visível feitas ao longo de mais de duas décadas, calculou que o preto buraco no Cygnus X-1 é cerca de 15 vezes a massa do nosso Sol e está girando mais de 800 vezes por segundo.
"Esta nova informação nos dá fortes pistas sobre como o buraco negro nasceu, o que pesou e quão rápido ele estava girando", disse Reid. "Conseguir uma boa medida da distância foi fundamental", acrescentou Reid.
"Sabemos agora que Cygnus X-1 é um dos maiores buracos negros estelares na Via Láctea", disse Jerry Orosz, da San Diego State University. "Ele está girando tão rápido quanto qualquer buraco negro que já vimos", acrescentou.
Além de medir a distância, as observações VLBA, feitas durante 2009 e 2010, também mediu o movimento de Cygnus X-1 através da nossa Galáxia. Esse movimento, os cientistas, disse que é muito lento para o buraco negro ter sido produzido por uma explosão de supernova. Tal explosão teria dado o objeto um "pontapé" para uma velocidade muito maior.
"Há sugestões de que este buraco negro poderia ter sido formado sem uma explosão de supernova, e os nossos resultados suportam essas sugestões", disse Reid.
O buraco negro no centro da galáxia elíptica super gigante M87 no aglomerado de Virgem cinqüenta milhões de anos-luz (mostrado abaixo) é o buraco negro mais maciço para que uma massa exata foi medido -6600000000 massas solares. Orbitando a galáxia é uma anormalmente grande população de cerca de 12.000 aglomerados globulares, em comparação com 150-200 aglomerados globulares que orbitam a Via Láctea. A equipe teorizou que o buraco negro M87 cresceu ao seu tamanho enorme, mesclando com vários outros buracos negros. M87 é a maior galáxia de maior massa no universo próximo, e é pensado para ter sido formado pela fusão de 100 ou mais galáxias menores.O grande tamanho do buraco negro M87 e relativa proximidade, os astrônomos pensam que ele poderia ser o primeiro buraco negro que eles pudessem realmente "ver".
Alguns cosmólogos têm ido tão longe a ponto de sugerir que o nosso próprio Universo pode ser o interior de um buraco negro existente em outro universo. Em um trabalho notável sobre a natureza do espaço ea origem do tempo, Nikodem Poplawski , físico da Universidade de Indiana, sugere que uma pequena alteração para a teoria da gravidade implica que nosso universo herdado sua flecha do tempo a partir do buraco negro em que se nasceu.
Poplawski propõe que o universo em que a Terra existe pode ser localizado dentro do buraco de minhoca de um buraco negro que se existe em um universo ainda maior. "Um universo poderia existir" dentro de cada buraco negro '
Usando uma adaptação da teoria geral da relatividade de Einstein , Poplawski analisou o movimento teórico de partículas entrando em um buraco negro. Ele concluiu que era possível para um novo universo inteiro de existir dentro de cada buraco negro, o que poderia significar que o nosso próprio universo pode estar dentro de um buraco negro também.
"Talvez as enormes buracos negros no centro da Via Láctea e de outras galáxias são pontes para a universos diferentes," disse ele à New Scientist.
Explicando a sua teoria na revista Physics Letters B, ele disse que usou a teoria de Einstein-Cartan-Kibble-Sciama (Ecks) da gravidade, em sua análise para explicar o momento angular das partículas em um buraco negro. Fazendo isso, ele tornou possível calcular a qualidade do espaço-tempo chamado de torção, uma propriedade de repelir acreditava gravidade.
Ele diz que, em vez da matéria alcançando densidade infinita em um buraco negro chamado de "singularidades" na teoria da relatividade de Einstein - o comportamento do espaço-tempo age mais como uma mola sendo comprimida com a matéria recuperando e ampliando continuamente.
Dr. Poplawski explica que este efeito de "saltar-back" é causado pela torção do espaço-tempo com uma força repulsiva contra a força gigantesca da gravidade em um buraco negro.
Dr. Poplawski também afirma que este efeito recuo poderia ser o que levou ao nosso universo em expansão que observamos hoje e poderia explicar por que o nosso universo é plano, homogêneo e isotrópico, sem a necessidade de inflação cósmica.
É difícil ver como poderíamos testar se a teoria do Dr. Poplawski está correto, a força da gravidade em buracos negros é tal que nada pode escapar, por isso nenhuma informação sobre o que está acontecendo dentro jamais poderá chegar até nós.
No entanto, de acordo com o Dr. Poplawski, se estivéssemos vivendo em um buraco negro girando em seguida a rotação iria transferir para o espaço-tempo no interior, ou seja, o universo teria uma direção preferencial - algo que seria capaz de medir. Tal direção preferencial poderia estar relacionada com o desequilíbrio observado de matéria e anti-matéria no universo e poderia explicar a oscilação de neutrinos.
Poplawski diz que a idéia de que os buracos negros são as mães cósmicos de novos universos é uma conseqüência natural de uma nova suposição simples sobre a natureza do espaço-tempo.Poplawski aponta que o desvio-padrão da relatividade geral não leva em conta a dinâmica intrínseca de partículas meia rotação. No entanto, há uma outra versão da teoria, chamada de teoria de Einstein-Cartan-Kibble-Sciama de gravidade, o que faz.
Esta teoria prevê que as partículas com spin inteiro metade deve interagir, gerando uma pequena força repulsiva chamado de torção. Em circunstâncias normais, a torção é pequena demais para ter qualquer efeito. Mas quando as densidades tornam-se muito maiores do que aqueles em matéria nuclear, torna-se significativo. Em particular, diz Poplawski, torção impede a formação de singularidades dentro de um buraco negro.
Os astrofísicos sabem há muito tempo que o nosso universo é tão grande que ele não poderia ter atingido o seu tamanho actual, dada a taxa de expansão que vemos agora. Em vez disso, eles acreditam que um crescimento de muitas ordens de magnitude em uma fração de segundo após o Big Bang, o período conhecido como conhecido como a inflação.
A abordagem de Poplawski imediatamente resolve o problema da inflação, dizendo que causou essa torção rápida inflação, o que significa que o universo como o vemos hoje pode ser explicado por uma única teoria da gravidade, sem quaisquer adicionais suposições sobre a inflação.
Outra conseqüência importante da abordagem de Poplawski é que ele torna possível para os universos de nascer dentro dos horizontes de eventos de certos tipos de buraco negro onde torção impede a formação de uma singularidade, mas permite que a densidade de energia para construir, o que leva à criação de partículas em grande escala através de produção de pares, seguido pela expansão do novo universo.
"Tal expansão não está visível para os observadores de fora do buraco negro, para quem a formação do horizonte e todos os processos subseqüentes ocorrer após um tempo infinito", diz Poplawski. Por esta razão, ele enfatiza, o novo universo é um ramo separado do espaço-tempo e evolui de acordo.
A teoria de Poplawski também sugere uma solução para por que o tempo parece fluir em uma direção, mas não no outro, mesmo que as leis da física são simétricas tempo.
Poplawski diz que a origem da flecha do tempo vem da assimetria do fluxo de matéria para o buraco negro do universo mãe. "A flecha do tempo cósmico de um universo dentro de um buraco negro, então, ser fixado pelo colapso tempo assimétrico da matéria através do horizonte de eventos", diz ele.
Traduzido, isso significa que o nosso universo herdado sua flecha do tempo de sua fonte."Universos filha", diz ele, "pode herdar outras propriedades de suas mães", dando a entender que pode ser possível detectar essas propriedades, proporcionando uma prova falsificável experimental de sua idéia.
Ref: arxiv.org/abs/1007.0587: Cosmologia Com Torsion - uma alternativa à inflação cósmica
The Daily Galaxy via National Radio Astronomy Observatory, www.newsciemtist.com
e http://www.telegraph.co.uk
e http://www.telegraph.co.uk
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