Por que a velocidade de escape dos buracos negros é superior à da luz?

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A velocidade de escape dos buracos negros não é superior à da luz, vamos entender por que. Este é um dos erros mais comuns feitos por alguns divulgadores da física.

Originalmente, "velocidade de escape" se refere à velocidade com que se deve arremessar corpos que não tem nenhum empuxo próprio para que eles não voltem pela força da gravidade ao astro de onde saíram. Nesta velocidade, a energia cinética decrescente é suficiente para compensar a energia potencial, também decrescente.

Esta seria a velocidade que você deve imprimir a uma bola de futebol ou a uma bola de beisebol para que elas nunca mais caiam no estádio, nem na cidade, nem mesmo no planeta, e vaguem para sempre no espaço. Dizemos que "escaparam da gravidade".

A trajetória das bolas chutadas ou rebatidas depende unicamente de sua velocidade inicial, como mostra o "Canhão de Newton".

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Na Terra, uma bola com velocidade inicial de cerca de 30.000 km/h entra em órbita circular (trajetória 6) e com velocidade inicial de cerca de 40.000 km/h ela escapa irremediavelmente da gravidade terrestre (trajetória 8)

Para outros astros, o valor da velocidade de escape é maior quanto maior for a sua gravidade. Portanto, é maior quanto maior for sua massa e quanto menor for a distância do corpo até o seu centro de gravidade.

A velocidade de escape da Terra é cerca de 27.000 vezes menor do que a velocidade da luz, a do Sol é cerca de 500 vezes menor.

Normalmente, quanto maior a massa do astro, maior ele é. Como a distância mínima possível de seu centro de gravidade acontece quando o corpo está em sua superfície, esta distância também tende a crescer com o aumento da massa.

Portanto, se quisermos realmente aumentar muito esta velocidade de escape, precisamos aumentar a densidade da estrela, concentrando mais massa por volume. A maior densidade de uma estrela acontece em uma estrela de nêutrons, na qual os átomos foram comprimidos pela própria gravidade da estrela e colapsaram em nêutrons. Nestas estrelas, a velocidade de escape é cerca de metade da velocidade da luz.

Finalmente, se quisermos aumentar ainda mais a velocidade de escape, precisamos comprimir mais a estrela de nêutrons. A partir de uma determinada massa, a própria gravidade de uma estrela de nêutrons faz o nêutron colapsar em si mesmo, fazendo com que o astro alcance, possivelmente (não se tem certeza), o tamanho da singularidade: um ponto sem nenhuma dimensão. Para este astro se dá o nome de buraco negro.

Note que não faz mais sentido falar em “velocidade de escape” de uma singularidade, pois a distância mínima de um corpo qualquer ao núcleo do buraco negro pode ser (por absurdo) zero.

A esfera em torno da singularidade a partir da qual nada escapa, nem mesmo a luz, é chamada de “horizonte de eventos” e tudo que podemos dizer é que, exatamente no horizonte de eventos, a velocidade de escape é c, a velocidade da luz.

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O que acontece a partir daí é puramente especulativo, mas nada que caia além do horizonte de eventos de um buraco negro consegue sair – o espaço-tempo é de tal maneira distorcido que as leis da física que conhecemos não se aplicam mais.

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