Nesta atividade, os alunos irão descobrir outras maneiras de se detectar buracos negros. O professor pode dividir a sala em grupos ou dimensioná-la da forma que achar melhor.
Materiais (para demonstração pelo professor ou para distribuição por grupo)
- 1 colar de neon que brilha no escuro.
- 1 "traje" preto, como manto, vestido ou capa.
- Qualquer tipo de material escuro (lona, cartolinas, etc) para cobrir qualquer janela do recinto.
- Um espaço grande, escuro e vazio, onde os alunos podem se mover livremente sem danos.
- Corda de aproximadamente 1 metro de comprimento.
- Boneca de pano ou bicho de pelúcia.
Preparação:
- Tenha certeza de que a sala pode ficar escura e inicie a atividade conforme explicação abaixo.
Método:
- Explique que as estrelas estão em "sistemas binários", um par de estrelas que orbitam umas às outras.
- Convide dois voluntários para aparecer e mostrar isso, eles poderão se apoiar, cruzar seus pulsos e dar as mãos.
- Uma vez que eles estejam juntos, eles podem começar a girar em um círculo.
- Explique que os astrônomos podem usar as leis de movimento de Newton e observar a dinâmica do sistema para estudar esses sistemas.
- Os experimentos a seguir podem ajudar seu público a explorar como a separação e as massas relativas das estrelas em um sistema binário afetam seu movimento:
- Separação de estrelas: o que acontece se os dois voluntários estiverem conectados por uma corda, em vez de suas mãos? Faça com que seus voluntários segurem o lado oposto da corda enquanto giram. Quanto tempo leva para concluir uma órbita? Agora faça-os dar as mãos e girar. Com que velocidade eles giram quando separados por uma distância menor? (Resposta: muito mais rápido, quanto menor a órbita, menor o período.)
- Massa relativa de estrelas: Substitua um de seus voluntários por um boneco de pano ou um bicho de pelúcia. Como essa massa menor afeta o sistema? (Resposta: As massas relativas dos objetos orbitando um ao outro afetam um ao outro se eles não estiverem balanceados, o objeto menos massivo gira ao redor, enquanto o objeto mais massivo praticamente não se move).
- Explique à sua audiência que algumas estrelas vivem menos que outras. Em alguns sistemas binários, a estrela que vive menos se transformam em buracos negros, desaparecendo de vista. No entanto, a outra estrela continuará a orbitar o buraco negro. Essa órbita é a pista para descobrir onde existem buracos negros.
- Convide mais dois voluntários para a atividade e dê a um deles o colar de neon que brilha no escuro. (Se você tem um traje preto, o outro voluntário deve usá-lo.)
- Peça-lhes que juntem as mãos como o primeiro grupo de voluntários e apague as luzes.
- Faça-os girar em torno de si. O colar que brilha no escuro parece estar se movendo em torno de um objeto invisível (o "buraco negro" que não emite nenhuma luz).
- Explique que os astrônomos buscam estrelas que orbitem ao redor de um "nada". A dinâmica desses sistemas mostra que há uma certa quantidade de massa ao redor da qual essas estrelas estão orbitando, mas que não pode ser vista. Esta é uma evidência dos buracos negros, incrivelmente massivos, que habitam uma quantidade muito pequena de espaço.
Discussão:
Você pode querer usar uma demonstração que mostre a existência de uma "luz invisível". Por exemplo, algumas câmeras digitais têm sensibilidade no infravermelho - você pode usar esses detectores infravermelhos para observar fontes de luz infravermelha, ou calor. Algumas lojas de artesanato ou de ciências vendem contas (de bijuteria) ultravioletas que brilham quando expostas à luz do sol. Verificando que existem outros tipos de luz além daquelas que nossos olhos podem detectar é uma conexão concreta com a astronomia de raios-X. O site do Observatório de Raios-X Chandra tem várias imagens astronômicas em vários comprimentos de onda.
Créditos:
A presente atividade é uma adaptação da atividade "Inside the Einstein Universe". Ela pode ser encontrada em: https://www.cfa.harvard.edu/seuforum/einstein/resources/JourneyBlackHole/JourneyBlackHoleManual.pdf.