Quanto pesa um buraco negro comparado com o Sol

O Sol tem uma massa de 1,989 × 10³⁰ quilogramas. Esse número é tão grande que na astrofísica deixou de fazer sentido usar quilogramas e criou-se uma unidade própria: a massa solar (M☉). Quando falamos de buracos negros, essa unidade se torna indispensável, porque suas massas vão desde algumas vezes a do Sol até bilhões de vezes mais. Vamos comparar números reais, sem vagueza.

O que é exatamente uma massa solar

Uma massa solar equivale a 1,989 × 10³⁰ kg, ou seja, quase dois mil trilhões de trilhões de quilogramas. É a referência padrão na astrofísica porque comparar objetos gigantes em quilogramas gera números difíceis de manejar. Dizer “este buraco negro tem 10 massas solares” é muito mais claro do que escrever 1,989 × 10³¹ kg.

O Sol, com toda a sua massa, representa 99,86% da massa total do sistema solar. Se quiser ver como ele se compara com os planetas que orbitam à sua volta, pode consultar quanto pesa a Terra em comparação com outros planetas do sistema solar, uma boa referência antes de saltar para escalas ainda maiores.

Massa de um buraco negro comparada com o Sol: os três tipos

Nem todos os buracos negros pesam o mesmo. Eles se classificam em três grandes categorias segundo sua massa:

• Buracos negros estelares: entre 3 e 100 massas solares, formados pelo colapso de estrelas massivas.
• Buracos negros de massa intermediária: entre 100 e 100.000 massas solares, uma faixa pouco estudada e difícil de detectar.
• Buracos negros supermassivos: de 100.000 até bilhões de massas solares, alojados no centro das galáxias.

A diferença entre o extremo inferior e o superior é de um fator de um bilhão. Essa distância é maior do que a que existe entre um grão de areia e uma montanha.

Quanto pesa um buraco negro estelar típico

Cygnus X-1, um dos buracos negros mais estudados, tem uma massa estimada de 21,2 massas solares. Isso equivale a 4,22 × 10³¹ kg. Para se formar, a estrela progenitora precisou ter originalmente mais de 20 massas solares antes de colapsar, já que boa parte de sua massa se perde na explosão de supernova anterior.

O limite mínimo teórico para um buraco negro estelar é de 3 massas solares (o limite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff). Abaixo desse valor, o objeto colapsado é uma estrela de neutrões, não um buraco negro.

Quanto pesa um buraco negro supermassivo

Sagitário A*, o buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea, tem uma massa de 4,3 milhões de massas solares. Em quilogramas, isso são 8,55 × 10³⁶ kg. Comparado com Cygnus X-1, é mais de 200.000 vezes mais massivo.

Mas Sagitário A* é modesto diante de outros casos documentados. TON 618 tem uma massa estimada de 66 bilhões de massas solares, o que o torna um dos buracos negros mais pesados conhecidos. Multiplicar esse número pela massa do Sol dá um resultado de 1,31 × 10⁴¹ kg, uma quantidade que supera a massa combinada de milhares de galáxias inteiras se as comparássemos apenas por estrelas.

Para ter uma ideia da escala de tamanho da galáxia que abriga esses gigantes, vale a pena consultar qual é o tamanho da Via Láctea expresso em anos-luz, porque a massa e o tamanho galáctico estão intimamente ligados.

Massa solar vs buraco negro: por que a comparação não é linear

Um erro comum é pensar que o tamanho físico de um buraco negro cresce igual à sua massa. Não é bem assim, mas existe sim uma relação direta entre massa e raio de Schwarzschild (o tamanho do horizonte de eventos):

• Um buraco negro de 1 massa solar tem um raio de Schwarzschild de 2,95 km.
• Sagitário A*, com 4,3 milhões de massas solares, tem um raio de aproximadamente 12,7 milhões de km, cerca de 18 vezes o raio do Sol.
• TON 618, com 66 bilhões de massas solares, teria um raio de Schwarzschild de cerca de 1.300 unidades astronômicas, maior do que a órbita de muitos objetos do sistema solar.

Isso significa que, diferente de uma estrela, um buraco negro supermassivo pode ter uma densidade média menor que a da água, apesar de concentrar uma massa descomunal, simplesmente porque seu volume também é enorme.

Como se calcula a massa de um buraco negro

Os astrofísicos não pesam um buraco negro diretamente: observam seu efeito gravitacional sobre objetos próximos. Os principais métodos são:

• Órbitas de estrelas próximas: mede-se a velocidade orbital de uma estrela ou gás em torno do buraco negro e aplica-se a terceira lei de Kepler.
• Disco de acreção: analisa-se a radiação emitida pelo material que cai em direção ao buraco negro, o que revela sua massa e sua taxa de crescimento.
• Ondas gravitacionais: em fusões de buracos negros, o padrão do sinal detectado por observatórios como o LIGO permite calcular as massas de ambos os objetos com grande precisão.

A primeira fusão de buracos negros detectada por ondas gravitacionais, em 2015, envolveu objetos de 36 e 29 massas solares que se fundiram em um de 62 massas solares, liberando o equivalente a 3 massas solares em pura energia gravitacional.

Converter massas solares em quilogramas e toneladas

Trabalhar com massas solares é útil na astrofísica, mas às vezes é preciso expressar esses números em unidades mais manejáveis para comparações ou cálculos concretos. Se quiser converter a massa resultante em toneladas métricas para ter uma ideia mais terrena da magnitude, pode usar a calculadora de quilogramas para toneladas métricas da Glosaria: você insere o resultado em quilogramas do seu cálculo com massas solares e obtém instantaneamente o equivalente em toneladas, sem erros de conversão manual.

Por exemplo, a massa de Cygnus X-1 (4,22 × 10³¹ kg) equivale a 4,22 × 10²⁸ toneladas. São números que nenhuma calculadora padrão manipula bem sem notação científica, por isso uma ferramenta especializada evita erros de conversão de unidades.

Que limites de massa existem para os buracos negros

Existe um limite inferior claro (3 massas solares), mas o limite superior é mais discutido. Os modelos atuais sugerem que os buracos negros supermassivos não podem crescer indefinidamente porque a acreção de matéria se autolimita: ao atingir certa massa, a radiação emitida pelo disco de acreção empurra o gás circundante e freia o crescimento.

O limite teórico superior estimado fica em torno de 50 bilhões de massas solares, embora objetos como TON 618 se aproximem muito desse teto, o que gera debate sobre se existem mecanismos de crescimento ainda não compreendidos, como fusões diretas entre buracos negros já supermassivos.

Perguntas frequentes

Qual é o buraco negro mais pesado conhecido?

TON 618 é um dos candidatos mais pesados conhecidos, com uma massa estimada de 66 bilhões de massas solares, equivalentes a 1,31 × 10⁴¹ quilogramas. Está localizado a cerca de 10,4 bilhões de anos-luz da Terra.

Quantas massas solares tem o buraco negro da Via Láctea?

Sagitário A*, o buraco negro supermassivo no centro da nossa galáxia, tem uma massa de aproximadamente 4,3 milhões de massas solares, o que equivale a 8,55 × 10³⁶ quilogramas.

Qual é a massa mínima para que algo colapse em um buraco negro?

O limite teórico mínimo é de 3 massas solares, conhecido como limite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff. Abaixo desse valor, o objeto colapsado resultante é uma estrela de neutrões em vez de um buraco negro.

Por que se usa a massa solar em vez de quilogramas para medir buracos negros?

Porque os números em quilogramas são tão grandes que se tornam pouco práticos e difíceis de comparar mentalmente. Usar a massa solar como unidade de referência (1,989 × 10³⁰ kg) permite comparar objetos astronômicos com números muito menores e mais compreensíveis, como dizer “10 massas solares” em vez de “1,989 × 10³¹ quilogramas”.

Um buraco negro pode perder massa com o tempo?

Sim, através de um processo chamado radiação de Hawking, embora seja extremamente lento. Para um buraco negro de massa estelar, o tempo necessário para evaporar completamente supera em muito a idade atual do universo, por isso na prática sua massa só aumenta ao absorver matéria próxima.