missão sd-2070-bh uma viagem à escuridão. buracos negros the universes secret keepers david...

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  • Misso SD-2070-BH Uma viagem escurido
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  • Buracos Negros The Universes secret keepers David Sobral, 2004
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  • Mission Silence and Darkness, projectada para o ano 2070 A mais ousada misso at data A MISSO
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  • Uma viagem ao buraco negro RX45356-45 Situado a 50 anos- luz da Terra Uma oportunidade para obtermos um conhecimento fantstico sobre alguns enigmas do Universo
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  • Utilizar o buraco de verme WH-4883, descoberto perto da rbita de Pluto SD-2070-BH viaja a altas velocidades, mas com um baixoSD-2070-BH viaja a altas velocidades, mas com um baixo Construdo tirando proveito da mais recente tecnologia espacialConstrudo tirando proveito da mais recente tecnologia espacial
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  • RX45356-45 tem cerca de 7 massas solares e teve origem numa estrela Por isso necessrio compreender o que ocorre no interior destas e como se mantm elas num aparente equilbrio, tal como responder a diversas questes sobre os buracos negros
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  • O que se passa no interior de uma estrela? Existem duas foras responsveis pelo aparente equilbrio So elas a Gravidade e a Presso do Calor libertado nas reaces nucleares
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  • O Jogo de Foras Enquanto a presso do calor libertado nas reaces nucleares se ope gravidade, a estrela permanece imutvel, a grande escala.
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  • Quando a Presso vence Se a presso do calor conseguir ser superior gravidade, a estrela explode e aumenta de dimetro.
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  • Quando a gravidade ganha Se a gravidade conseguir ser superior presso do calor, a estrela colapsa, podendo dar origem a um buraco negro Quanto mais massa tiver uma estrela, menor ser o seu tempo de vida
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  • Tipos de Estrelas Quando o colapso gravitacional ocorre, podem formar-se trs tipos de estrelas: An branca, se o princpio de excluso de Pauli se aplicar aos electres (m 1,4 M o ), r Terra 6400 km Estrela de neutres, se o princpio de excluso se aplicar a neutres e protes (m ]1,4 ; 3[ M o ), r = 100 km Buraco negro, se possuir uma massa demasiado grande para formar uma estrela de neutres (m 3 M o ), r 0 km M o massas solares
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  • An branca Estrela de neutres Buraco negro
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  • Vamos agora viajar pelo Mundo dos Buracos Negros e responder a questes como: De onde surgiu a ideia de buracos negros? O que um buraco negro? Como se forma?
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  • The Adventure begins! De onde surgiu a ideia de buracos negros? No so fruto da cincia do sculo XX A ideia de estrelas negras, s quais nem a luz pode escapar, remonta a 1793, com o ingls John Mitchell
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  • Albert Einstein, o gnio da Teoria da Relatividade A ideia permaneceu na escurido at ao sculo XX Albert Einstein apresentou a Teoria da Relatividade Geral Karl Schwarzschild mostrou-se curioso quanto forma como a gravidade de uma estrela pode afectar a prpria luz
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  • O que um buraco negro? Uma forma de uma estrela se reformar Toda a massa da estrela fica contida numa singularidade A distncias menores do que a do horizonte de acontecimentos, nem a luz pode escapar
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  • Contudo, nem todas as estrelas acabam como buracos negros S as que ultrapassam o Limite de Chandrasekhar (3 M o ) Por isso, o nosso sol no se transformar num
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  • Como se forma um buraco negro? O combustvel escasseia e a massa da estrela superior ao limite de Chandrasekhar Toda a massa da estrela contrada, mais e mais, at uma singularidade, de densidade infinita
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  • As trajectrias dos raios de luz vo sendo curvadas, at que a velocidade de escape se torna superior a c
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  • Se uma estrela em rotao ( i ) originar um buraco negro, atravs da Lei da conservao do momento angular ( i x i = f x f ), sabemos que, como o seu raio vai diminuir muito, a sua velocidade angular vai aumentar bastante, tal como a bailarina que ao fechar os braos roda mais depressa
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  • Contedos importantes Vamos agora analisar aspectos importantes para o estudo destes mistrios csmicos
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  • Gravidade proporcional ao produto da massa dos 2 corpos e inversamente proporcional ao quadrado da distncia entre eles Em 1915, Einstein mostrou que a gravidade no uma fora, mas sim a geometria do espao-tempo Fg=G (m1 m2) r2r2
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  • Perto de corpos como estrelas, ou planetas, o espao-tempo est mais curvado Qualquer partcula descreve sempre uma trajectria rectilnea no espao-tempo curvo A gravidade propaga- se velocidade da luz
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  • A gravidade no depende da densidade A presena de massa (ou energia) curva o espao-tempo Quanto mais massa possuir um dado corpo, maior curvatura provocar no espao- tempo E=mc 2
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  • A gravidade num buraco negro Os buracos negros no so aspiradores csmicos A sua gravidade a mesma da estrela que lhe deu origem (se a massa se mantiver constante), mesma distncia do centro
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  • Um buraco negro apresenta, segundo a relatividade geral, uma curvatura infinita do espao-tempo Contudo, a uma distncia x do ncleo de um buraco negro, um corpo y sente a mesma fora gravtica que sentia quando o agora buraco negro era uma estrela normal
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  • O Horizonte de acontecimentos Fronteira imaginria Distncia entre o ncleo do buraco negro e os locais em que a velocidade de escape superior da luz Fronteira negra para l da qual impossvel voltar, porque nada se move mais rpido do que a luz
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  • tanto maior quanto maior for a massa do buraco negro considerado a sua medida de entropia
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  • Desvio gravitacional da luz A luz composta por partculas, fotes, para alm de ser descrita por uma funo de onda, e viaja velocidade c A gravidade tambm a afecta, curvando a sua trajectria
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  • Este efeito foi previsto por Einstein, em 1915, na sua teoria da relatividade geral e comprovado atravs de vrios eclipses solares
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  • Assim, torna-se uma forma de podermos detectar um buraco negro no espao
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  • Efeitos de Mar Responsveis: foras de mar Essas so definidas como as diferenas entre as atraces gravticas que zonas diferentes de um mesmo objecto sentem
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  • Os efeitos de mar so responsveis pelas mars na Terra
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  • A gravidade mais forte nos extremos em que se verifica mar alta, porque so as zonas que esto mais prximas dos corpos que exercem gravidade A prpria Terra distorcida por este fenmeno
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  • Num buraco negro, estes efeitos teriam graves consequncias, caso nos aproximssemos demasiado do horizonte de acontecimentos A diferena da gravidade sentida numa ponta do corpo e na outra distorcia-nos e ficvamos como esparguete!
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  • Ondas gravitacionais Geradas pela oscilao de objectos macios Muito difceis de detectar So perturbaes que percorrem o espao-tempo
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  • Previstas pela relatividade geral Propagam-se como as ondas que um objecto provoca ao cair num tanque Podem provocar uma distenso na estrutura dos objectos
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  • A ondas gravitacionais diminuem com a distncia fonte, a uma taxa um pouco inferior da gravidade Num buraco negro em rotao, devido ao seu risco, no se aconselha que se chegue muito perto!
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  • Disco de Acreo constitudo por matria e/ou radiao, que roda em torno do buraco negro Buracos negros em sistemas binrios possuem um maior disco de acreo
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  • Buracos negros super-macios, como aqueles que se pensam existir no centro das galxias, tm discos de acreo gigantes
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  • Neste caso, o disco de acreo formado pela matria que o buraco negro, atravs da fora de mar, rouba estrela companheira e que vai mergulhando em direco ao seu interior
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  • Quanto mede o raio de um buraco negro? Devido ao contributo de Shwarzschild, podemos determinar o raio de qualquer buraco negro no- rotativo, desde que saibamos a sua massa. R = 2 GM R o raio do buraco negro G a constante universal de gravidade, (6,67 x 10 -11 N.m 2 /Kg 2 ) c a velocidade da luz (3 x 10 8 m/s) M a massa do buraco negro c 2
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  • O que se pode medir num buraco negro? Quando um buraco negro se forma, todas as caractersticas dos materiais deixam de ter importncia Na verdade, apenas 3 grandezas servem para estudar um buraco negro: Massa Momento angular Carga elctrica
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  • Tipos de buracos negros Existem basicamente 3 tipos de buracos negros, quanto sua anatomia, e 3 quanto origem
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  • Buracos negros sem rotao e sem carga elctrica Foram estudados pelo canadiano Werner Israel, em 1967 Os mais simples Perfeitamente esfricos, mesmo que tenham origem em estrelas que o no sejam
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  • So descritos por uma soluo das equaes de Einstein conhecida desde 1917, por Schwarzschild Tamanho depende apenas da massa
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  • Buracos negros de Reissner- Nordstrom (sem rotao) Forma esfrica Sem rotao Com carga elctrica Responsveis: Hans Reissner e Grennar Nordstrom, fsicos alemo e holands
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  • Buracos negros com rotao ou de Kerr Estudados, em 1963, pelo neozelands Roy Kerr Rodam a velocidade constante Tamanho e forma dependem apenas da massa e da velocidade de rotao Roy Kerr
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  • Quando a velocidade nula so iguais aos estudados por Israel Qualquer corpo em rotao que entre em colapso gravitacional e se torne num buraco negro, acabar por se tornar num descrito pela soluo de Kerr
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  • Buracos negros no centro de galxias No consistem em singularidades Muitas vezes menos densos do que a gua Contudo, pela grande quantidade de matria, exercem uma enorme atraco gravitacional e forma-se um horizonte de acontecimentos
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  • Cr-se na existncia de um, com cerca de 100000 vezes a massa do sol, no centro da nossa galxia Buracos negros com 1000 milhes M o ocorrem no centro dos quasares
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  • Buracos negros primevos Sugeridos por Stephen Hawking De massa reduzida, abaixo do limite de Chandrasekhar Contudo, at hoje, nenhum foi detectado
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  • Por serem formados a partir da compresso da matria por presses exteriores so importantes para: Estudo do Universo e das suas condies iniciais Fontes energticas para uma sociedade do futuro Mecanismo de formao de um buraco negro primevo ou primordial
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  • Buracos negros realizados na Terra? Utilizando a energia de uma bomba de hidrognio, poderia criar-se um buraco negro O problema que no ficaramos c para assistir!
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  • Buracos negros e entropia O horizonte de acontecimentos a medida de entropia do buraco negro Aumenta sempre que absorvida matria Quando h uma coliso, o horizonte de acontecimentos maior ou igual soma da rea dos dois
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  • Os buracos negros no so to negros! Devido ao facto dos buracos negros terem entropia, Hawking teve que admitir que tambm tinham temperatura Logo, emitem radiao! Mas nada pode sair de dentro de um buraco negro! Como pode ele radiar? ! ?
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  • Um buraco negro pode emitir partculas, segundo a teoria quntica, porque essas no vm do seu interior, mas das proximidades do horizonte de acontecimentos Partculas virtuais tornam-se reais, retirando energia ao buraco negro e reduzindo-lhe o horizonte de acontecimentos
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  • Assim, quanto menos massa tm, mais radiao emitem e mais quentes so Quando diminui o horizonte de acontecimentos, a radiao emitida compensa a diminuio da entropia no interior do buraco negro
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  • Evaporao de buracos negros A emisso de radiao e a fuga de partculas reduzem a massa de um buraco primevo a muito pouco, ao fim de milhes de anos A sua temperatura aumenta extraordinariamente Explode, libertando energia equivalente a milhes de bombas de hidrognio
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  • Como detectar um buraco negro? Gravidade que exerce Desvio da luz Emisses de raios X (sistemas binrios, em que apenas se observa uma das estrelas ex. Cygnus X-1 so fontes intensas de raios X) Temperatura
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  • Os buracos negros existem! O ltimos anos confirmaram a existncia de buracos negros: No centro de dezenas de galxias Em sistemas binrios, como Cygnus X-1 E existem ainda muitos candidatos a buracos negros
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  • O tempo e a gravidade A gravidade curva o espao tempo Faz com que o tempo passe mais lentamente Na Terra o tempo passa mais lentamente do que no espao
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  • No interior de um buraco negro, a curvatura do espao- tempo infinita, e o tempo pra Se fosse possvel estarmos no seu interior, e olharmos o exterior, talvez vssemos todo o Universo a acabar em poucos segundos, j que um segundo para ns, equivaleria a milhes de anos l fora
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  • Engenharia de buracos negros? Uma civilizao muito avanada pode utilizar um buraco negro como reciclador de lixo e fonte de energia! O lixo deitado para o buraco negro por naves quando atingem um determinado ponto de ejeco O lixo cai, aumentando a massa/energia do buraco negro e a nave extrai energia ao mesmo, que utilizada numa central e produz electricidade
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  • Converso da massa de repouso do lixo e parte da massa do buraco negro em energia elctrica, numa civilizao avanada
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  • Nomes importantes Roger Penrose Stephen Hawking Roy Kerr John A. Wheeler
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  • Entrar? SD-2070-BH chega finalmente ao seu destino, o buraco negro RX45356-45! FIM
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  • Bibliografia BARROW, John, (2001), A Origem do Universo, Lisboa: Rocco CHOWN, Marcus (2003), The Universe Next Door, Great Britain: Review. EINSTEIN, Albert (2003), O Significado da Relatividade, Lisboa: Gradiva. FERGUSON, Kitty (2000), Prises de Luz: Os buracos negros, Lisboa: Bizncio HAWKING, Stephen (2004), Breve histria do tempo, Lisboa: Gradiva KAUFMANN III e FREEDMAN (2002), UNIVERSE, W. New York: FREEMAN MAGUEIJO, Joo (2003), Mais Rpido que a Luz, Lisboa: Gradiva. Internet: http://www.gothosenterprises.com/black_holes/ http://www.thinkquest.org/library/site_sum.html?tname=10148&url=10148/long7.shtml http://www.rdrop.com/users/green/school/primordi.gif http://scienceworld.wolfram.com/biography/pics/KerrRoy.jpg http://www.star.le.ac.uk/~sav2/blackholes/introduction.html http://www.thirteen.org/edonline/lessons/pics/hawkings.gif http://webstory.netfirms.com/story/blackholefactsheet/r-n-bk.jpg http://www.astronomical.org/astbook/images/fig2.gif http://casa.colorado.edu/~ajsh/bh00.gif http://geology.csupomona.edu/drjessey/class/Gsc101/tide2.gif http://www.etsu.edu/physics/plntrm/relat/astrobh.htm http://www.astro.utoronto.ca/~mudryk/professional/presentation2/images/800x600/presentation2.gif http://www.innerx.net/personal/tsmith/BlackHole.html http://www.innerx.net/personal/tsmith/angmomemag.html