Onde fica exatamente a fronteira
O horizonte é a distância ao centro na qual a velocidade de escape se iguala à velocidade da luz. Mais perto do que isso, nada sai - não porque algo segure um sinal: todas as trajetórias ali levam para dentro. Não há matéria na própria fronteira; ela é pura geometria do espaço vazio.
O raio do horizonte é definido pela massa e cresce proporcionalmente a ela. Se você comprimisse a Terra em um buraco negro, a fronteira formaria uma esfera do tamanho de uma cereja. Para o Sol, seria uma esfera de raio de cerca de 3 km. Já em Sagitário A*, no centro da nossa Galáxia, com aproximadamente 4 milhões de massas solares, o horizonte fica a 12 milhões de km.
Não há sinal local dessa linha: os instrumentos de uma nave em queda não mostrariam nada. E não dá para calcular a posição do horizonte a partir de uma única região próxima - ela depende de todo o futuro do buraco. Se uma nuvem de gás cair nele daqui a um ano, o horizonte começará a se expandir antes.
Por que quem cai não sente a travessia
O perigoso não é a fronteira em si, mas a diferença de gravidade: seus pés são atraídos com mais força que sua cabeça, esticando seu corpo. No horizonte, essa diferença é mais fraca quanto mais massivo for o buraco. Perto de um buraco de massa estelar, uma pessoa seria despedaçada centenas de quilômetros antes do horizonte. Em um supermassivo, o estiramento na fronteira é tão pequeno que você não o sentiria - o rompimento aconteceria depois, bem lá dentro.
Quão perceptível é cruzar a fronteira para quem cai em um buraco supermassivo.
E, ainda assim, tudo mudou. Além do horizonte, "para fora" deixa de ser uma direção no espaço e vira uma direção no tempo: afastar-se do centro ali é tão impossível quanto voltar para ontem aqui. Um sinal enviado para trás ainda assim vai mais fundo.
O que se vê de fora
De fora, a imagem é inversa. Quanto mais perto um objeto chega do horizonte, mais devagar seu relógio corre para uma observadora distante e mais avermelhada fica sua luz. Formalmente, a imagem nunca cruza a fronteira: ela fica congelada para sempre bem na borda.
Só que "para sempre" aqui significa "invisível". O brilho cai exponencialmente e muito rápido: em um buraco de massa estelar, a imagem se apaga em milissegundos; em um supermassivo, em minutos. Ninguém vê uma camada brilhante de matéria presa no horizonte.
Brilho de um objeto em queda para uma observadora externa: cada passo é 3 vezes mais fraco.
O anel alaranjado nas imagens de buracos negros também não é o horizonte. A mancha escura no centro é cerca de 2,6 vezes maior em raio: a luz que passa perto se curva ao redor do buraco, e essa óptica define a borda da sombra. Tudo isso são previsões da relatividade geral; físicos ainda discutem o que acontece no horizonte quando se consideram efeitos quânticos.
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Fontes
- Tamanhos do horizonte - solução de Schwarzschild (1916). Imagens da sombra - Event Horizon Telescope: M87* (2019), Sagitário A* (2022)