Lição de casa da aula: Buracos Negros Física

Nesta atividade, nós vamos praticar a calcular o raio de Schwarzschild de um buraco negro e identificar características de buracos negros.

Questão 1

Qual das alternativas a seguir é a descrição correta de uma singularidade?

  • AUma singularidade é qualquer ponto no horizonte de eventos de um buraco negro.
  • BUma singularidade é um objeto esférico de alta densidade que pode ser encontrado no centro de um buraco negro e que possui um raio diferente de zero menor e que é menor que o do horizonte de eventos do buraco negro.
  • CUma singularidade é o ponto no horizonte de eventos de um buraco negro no qual um objeto passa através do horizonte de eventos.
  • DUma singularidade é um ponto infinitamente denso que pode ser encontrado no centro de um buraco negro.

Questão 2

Qual das seguintes afirmações descreve corretamente o que significa acreção quando se refere a buracos negros?

  • AA acreção é o processo pelo qual as informações da mecânica quântica são perdidas quando a matéria cai em buracos negros.
  • BA acreção é o processo de fusão de dois buracos negros. O processo libera grandes ondas gravitacionais que podem ser detectadas a distâncias muito grandes.
  • CA acreção é o processo em que, com o tempo, um buraco negro gradualmente perde massa devido a efeitos mecânicos quânticos próximos ao seu horizonte de eventos.
  • DA acreção é um processo em que a matéria de uma estrela próxima é puxada para um buraco negro. À medida que a matéria cai para dentro, forma um disco de acreção plano e quente, alinhado ao momento angular resultante da matéria infalente.

Questão 3

Calcule o raio de Schwarzschild de um objeto que tem a mesma massa que o Sol. Utilize o valor de 1,99×10 kg para a massa do Sol e 6,67×10 m3/kg⋅s2 para a constante de gravitação universal. Apresente a resposta com 3 algarismos significativos.

Questão 4

Qual das alternativas a seguir é a descrição correta do horizonte de eventos de um buraco negro?

  • AO horizonte de eventos é a camada externa sólida de um buraco negro.
  • BO horizonte de eventos é a fronteira em torno de um buraco negro no qual a força gravitacional do buraco negro se torna tão grande que torna impossível a fuga, mesmo para a luz.
  • CO horizonte de eventos é a fronteira em torno de um buraco negro no qual a atração gravitacional do buraco negro se torna tão grande que nenhum objeto com massa pode escapar, mas a luz pode.
  • DO horizonte de eventos é o centro de massa do buraco negro.

Questão 5

Calcule o raio de Schwarzschild para um objeto que tenha a mesma massa que a Terra. Use um valor de 5,97×10 kg para a massa da Terra, 6,67×10 m3/kg⋅s2 para a constante gravitacional universal, e 3,00×10 m/s pela velocidade da luz. Dê sua resposta a 3 algarismos significativos.

Questão 6

Cygnus X-1 é um buraco negro localizado na constelação de Cygnus. Se o raio de Schwarzschild do Cygnus X-1 for 300 km, qual é a sua massa? Use um valor de 6,67×10 m3/kg⋅s2 para a constante gravitacional universal. Dê sua resposta a 3 algarismos significativos.

  • A4,05×10 kg
  • B3,31×10 kg
  • C1,01×10 kg
  • D2,02×10 kg
  • E1,67×10 kg

Questão 7

Os astrónomos observaram que existe um objeto maciço e escuro no centro da nossa galáxia. Ao observar o movimento das estrelas que orbitam este objeto maciço, eles descobriram que esse objeto deve ter um raio inferior a 45,0 ua.

Qual seria a massa de um objeto que tem um raio de Schwarzschild de 45,0 ua? Utilize o valor de 1,50×10 m para o comprimento de 1 ua, 6,67×10 m3/kg⋅s2 para a constante de gravitação universal e 3,00×10 m/s para a velocidade da luz. Apresente a resposta em notação científica com duas casas decimais.

  • A2,28×10 kg
  • B9,11×10 kg
  • C1,21×10 kg
  • D6,32×10 kg
  • E4,55×10 kg

Suspeitam de que o objeto seja um buraco negro. A partir do movimento das estrelas à sua volta, a sua massa é estimada ser de 8,20×10 kg. Qual é o raio de Schwarzschild de um objeto com esta massa? Apresente a resposta em notação científica com duas casas decimais.

  • A3,43×10 km
  • B8,59×10 km
  • C1,22×10 km
  • D6,08×10 km
  • E2,43×10 km

Questão 8

Qual das fórmulas a seguir mostra corretamente a relação entre o raio de Schwarzschild de um buraco negro e sua massa?

  • A𝑅𝑀
  • B𝑅1𝑀
  • C𝑅𝑀
  • D𝑅1𝑀
  • E𝑅𝑀

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