Nesta atividade, os alunos irão desempenhar o papel de buracos negros, e observar como os astrônomos podem detectar esses objetos, mesmo que nenhuma luz escape deles. O ideal é realizar a atividade com um grupo de 25 alunos. Você deve ajustar os números de acordo com o tamanho do grupo e o espaço que você tem. Caso a classe tenha mais que 25 alunos, vale a pena ter alguns alunos à margem como observadores e depois trocá-los com os participantes, para dar a todos a oportunidade de observar e representar um papel. Também é útil ter um ajudante posicionado junto ao interruptor de luz para acender e apagar a luz à vontade.
Materiais
- Laços de arame de bitola pesada (1 metro de circunferência)
- Laços de arame de bitola pesada (2 metros de circunferência).
- Colares de neon que brilhem no escuro (um por aluno).
- Lanternas
- Papel celofane para cobrir as lentes das lanternas.
- Papel de seda usado em decoração de festas (fazer um disco grande, como o da figura abaixo).
- 2 bolas grandes de decoração de festas (daquelas usadas em festa junina, veja a figura abaixo).
Preparação:
- Loops de fio: Corte e modele o fio em 5-6 laços de tamanho médio (aproximadamente 1 metro de circunferência) e 5-6 laços grandes (aproximadamente 2 metros de circunferência). Faça uma figura em forma de 8 com ambos os loops, anexando dois do mesmo tamanho juntos (fita isolante funciona bem para isso). Os alunos usarão isso para simular a atração gravitacional em diferentes distâncias entre estrelas e buracos negros.
- Lanternas: Cubra as lentes das lanternas com celofane (ou lenço de papel) e prenda com fita adesiva nas bordas.
- Escureça o quarto: O quarto deve ser capaz de ir de iluminado a escuro para que os colares de neon possam ser vistos com eficácia. Tente fazer com que o ambiente seja o mais escuro possível.
Método:
- Demonstre uma órbita para os propósitos desta atividade, fazendo com que dois voluntários segurem as extremidades opostas de um arame em oito, separem-no e circulem um ao redor do outro.
- Faça com que 16 dos alunos usem os colares de neon. Esses estudantes são "estrelas". O restante dos alunos não usará os colares e, portanto, ficará invisível no escuro; eles serão os "buracos negros".
- Divida os alunos mais ou menos da seguinte maneira: 3 dos alunos serão estrelas normais, sem um par, movendo-se pela galáxia. 5 pares de estudantes serão pares de estrelas binárias normais orbitando um ao redor do outro. 5 dos estudantes com colares emparelharão com 5 estudantes sem colares para ser pares binários normais da estrela e do buraco negro. Os restantes 2 alunos sem colares serão buracos negros sem um par.
- Cada par (seja um par de estrelas normais ou um par de estrelas e de buracos negros) deve receber um arame em formato de 8. Esses fios vêm em tamanhos diferentes para representar diferenças em quão próximos os objetos orbitam uns aos outros.
- Explique que as luzes serão apagadas e cada par de alunos irá orbitar um ao redor do outro. Os alunos desemparelhados estarão espalhados pela sala sozinhos. Certifique-se de dizer a todos os alunos para circular ou mover-se devagar para evitar lesões. Pratique a atividade uma vez com as luzes acesas.
- Apague as luzes e inicie a atividade. Peça aos alunos que observem o que acontece. Eles poderão ver as estrelas porque os colares de brilho emitem luz. Os buracos negros, no entanto, serão invisíveis (isso é mais dramático quando você consegue escurecer completamente a sala). Sempre que um buraco negro é emparelhado com uma estrela normal, eles serão capazes de ver a estrela ao redor de algo, mas eles não serão capazes de ver o que é. Se dois buracos negros estiverem emparelhados, nada será visível. Isto é o que acontece com os buracos negros no espaço.
- Acenda as luzes e explique que vários buracos negros no universo possuem ao redor de si discos de acreção. Você pode usar o disco de papel de festa e a bola para ilustrar um disco de acreção e uma estrela em órbita. Explique aos alunos que os materiais neste disco interagem entre si e, à medida que o fazem, o atrito faz com que fiquem muito, muito quentes. Isso faz com que a luz seja emitida, geralmente na forma de raios X. Como essa luz é gerada pelo material ao redor do buraco negro, e não dentro do buraco negro, essa luz pode escapar, e podemos detectá-la, dando-nos outra maneira de detectar um buraco negro (veja a imagem abaixo, que pode ajudar os alunos na visualização de um disco de acreção).
- Agora use as lanternas cobertas para representar as emissões de raios-X. Pode valer a pena ter alguns alunos à margem como observadores, e depois trocá-los com os participantes, para dar a todos a oportunidade de observar e representar um papel.
- Na atividade, qualquer aluno que esteja no papel de buraco negro e que esteja emparelhado com uma estrela deve receber uma das lanternas. Um dos buracos negros não emparelhado também deve receber uma lanterna.
- Apague as luzes e realize a atividade novamente. Desta vez, os alunos com lanternas acendem-nas. Todos devem ser capazes de detectar os raios-X emitidos pelos discos de acreção em torno de alguns buracos negros. A idéia aqui é que a estrela e o buraco negro estejam suficientemente próximos para que a acreção aconteça, ou seja, a estrela “doa” parte de sua massa para o buraco negro e são emitidos raios-X. Isso demonstra uma das maneiras de os cientistas detectarem buracos negros.
- Faça-lhes perguntas com base nesta atividade. Verifique se eles agora entendem o que é um buraco negro e como os detectamos. Enquanto o professor faz isso, os ajudantes devem recolher as lanternas e os arames usados na atividade.
Créditos:
A presente atividade é uma adaptação da atividade "Big Explosions" da NASA e as figuras acima mostradas estão ali presentes. Ela pode ser encontrada em: https://imagine.gsfc.nasa.gov/educators/programs/bigexplosions/activities/BlackHoles.pdf.