Esta atividade permitirá que alunos dos últimos anos do ensino fundamental ou do ensino médio entendam as principais formas e técnicas de se detectar um buraco negro no espaço.
Materiais
A classe pode se dividir em grupos. Cada grupo precisará de:
- 2 placas de material feito de espuma ou equivalente com cerca de 30 cm x 45 cm (pode ser, por exemplo, quadro de avisos de cortiça ou de feltro, ou placa feita de Coroplast).
- 1 ímã cilíndrico pequeno (de material forte).
- 1 bolinha de gude magnética.
- Fita adesiva.
Preparação:
- Perfure ou corte vários furos em uma das suas folhas de espuma, com o mesmo diâmetro do ímã cilíndrico. O ímã deve caber confortavelmente no orifício e deve ser mantido no lugar com fita, se necessário.
- Coloque o ímã em um dos orifícios. Os outros buracos permitem uma variedade de localizações para o buraco negro.
- Cubra a placa de espuma (e o ímã) com o segundo pedaço de placa de espuma, de modo que a superfície pareça uniforme.
Atividade:
- Lembre-os de que a gravidade de um buraco negro é igual à de qualquer outra coisa no universo - dependente da massa e da distância do objeto. Buracos negros são maciços, então seus campos gravitacionais são muito fortes, mas você ainda precisa estar muito perto (centenas ou milhares de km) para sofrer quaisquer efeitos severos.
- Traga o seu aparato de placa de espuma e explique que há um buraco negro escondido em algum lugar neste pedaço de espaço. Como os buracos negros são "invisíveis", não podemos vê-los com nossos olhos. Em vez disso, vamos procurá-lo usando "gravidade".
- Peça a um membro de cada grupo para pegar a bola de gude magnética. Explique aos membros dos grupos que essa bola de gude representa uma porção de matéria no espaço. Essa porção de matéria começará a orbitar o buraco negro caso se aproxime suficientemente desse buraco negro. O trabalho do membro do grupo é enviar essa porção de matéria em uma viagem pelo espaço para encontrar o buraco negro.
- Faça com que o voluntário role a bolinha na placa de espuma. Se a bolinha de gude rolar sobre o ímã oculto, sua trajetória mudará; se o seu caminho não mudar, ela não foi "afetada" pela gravidade do buraco negro.
- Repita esta atividade até que o voluntário "descubra" o buraco negro. Repita toda a atividade mudando o ímã de buraco e alternando os membros dos grupos que jogarão a bolinha.
Discussão:
- Nesta atividade, a força magnética está sendo usada para simular a força da gravidade, e é muito importante enfatizar que o magnetismo não é a gravidade. Uma grande diferença é que a gravidade é sempre atrativa, enquanto o magnetismo pode atrair e repelir. A gravidade também é uma força muito mais fraca, e só se torna notável quando se usa objetos enormes (do tamanho de um planeta ou maiores). Estamos usando, portanto, o magnetismo como um modelo para a gravidade quando os ímãs se atraem. (Curiosamente, a força atuante entre o Sol e os planetas foi inicialmente atribuída ao magnetismo pelo grande astrônomo e matemático Johannes Kepler no início do século XVII).
- Dependendo de quão perto (e quão rápido) a bolinha de gude encontra o ímã escondido, os visitantes notarão resultados diferentes:
- Resultado A - Se a bolinha de gude passar pelo ímã a uma grande distância, não haverá deflexão. Ambos os campos magnético e gravitacional diminuem com a distância. Quando longe do ímã, nossa bolinha ainda está sob a influência da força magnética, mas é fraca demais para ser notada. Similarmente com buracos negros, precisamos nos aproximar para notar sua presença.
- Resultado B - Algumas bolinhas rolam pelo buraco negro, mas seu caminho será desviado. O objeto está viajando a uma velocidade maior que a da velocidade de escape do buraco negro a essa distância, mas ainda detectamos o buraco negro na deflexão. Se a bola de gude magnética está representando um fóton de luz, em vez de um planeta ou estrela, esse resultado ilustra o efeito das lentes gravitacionais.
- Resultado C - Algumas bolas de gude serão capturadas pela gravidade do buraco negro e terminarão em órbita. Isso simula como estrelas e nuvens de gás podem ser capturados pela gravidade de buracos negros.
Materiais complementares:
- Vídeos do telescópio Chandra sobre buracos negros:
- http://chandra.harvard.edu/resources/animations/blackholes.html
- Estrelas no centro da Galáxia (em inglês):
- http://www.mpe.mpg.de/ir/GC/
Créditos:
A presente atividade é uma adaptação da atividade "Black Hole Hide and Seek" do manual "Inside Einstein's Universe Lensing Demos", que pode ser encontrado em: https://www.cfa.harvard.edu/seuforum/einstein/resources/JourneyBlackHole/LensingDemos.pdf.