Por que nem a luz escapa de um buraco negro?

A luz não consegue escapar de um buraco negro porque a gravidade nessa região curva o espaço-tempo de tal maneira que, depois do horizonte de eventos, todos os caminhos possíveis para o futuro levam para dentro do buraco negro.

O mecanismo: espaço-tempo extremamente curvado

Segundo a relatividade geral de Einstein, a gravidade não é simplesmente uma força que puxa objetos. A massa e a energia deformam o espaço-tempo, alterando as trajetórias que objetos e ondas de luz podem seguir.

A luz sempre se desloca localmente à velocidade de aproximadamente 299.792 km/s. O problema é que, dentro do horizonte de eventos, não existe uma trajetória que permita que essa luz alcance uma região exterior ao buraco negro.

O que é o horizonte de eventos?

O horizonte de eventos é a fronteira que separa a região da qual ainda é possível escapar daquela em que escapar se torna impossível.

Fora dele, um raio de luz pode se afastar do buraco negro se estiver seguindo uma trajetória adequada.

No próprio horizonte, a luz emitida na direção de saída permanece no limite.

Depois de atravessá-lo, até mesmo a luz direcionada para fora acaba sendo conduzida para regiões mais internas.

Isso não acontece porque o buraco negro seja uma espécie de objeto que "segura" a luz com uma força convencional. É consequência da geometria do espaço-tempo.

A velocidade de escape explica isso?

De forma simplificada, pode-se dizer que a velocidade de escape de um buraco negro ultrapassa a velocidade da luz.

Entretanto, essa explicação é apenas uma analogia newtoniana. A descrição correta vem da relatividade geral, porque a situação envolve a estrutura do espaço-tempo e não apenas uma velocidade de escape convencional.

O limite em que nem mesmo a luz consegue escapar corresponde ao horizonte de eventos.

A luz desaparece instantaneamente?

Não necessariamente.

Quando a luz se aproxima do horizonte de eventos vista por um observador distante, ela sofre um forte desvio gravitacional para o vermelho. Seu comprimento de onda aumenta e sua energia observada diminui.

A luz também parece ficar cada vez mais lenta na descrição feita pelo observador distante, embora localmente ela continue viajando à velocidade da luz.

Resumo

A luz não escapa de um buraco negro porque, dentro do horizonte de eventos, o espaço-tempo está curvado de modo que todas as trajetórias possíveis conduzem para o interior. Não é que a luz deixe de ter velocidade suficiente: simplesmente não existe um caminho que a leve de volta para fora.