Limites cósmicos: A velocidade máxima de buracos negros em colisão
Cientistas identificaram um novo limite de velocidade superior para as colisões mais intensas do cosmos. Um estudo publicado na Physical Review Letters revela que a “velocidade de recuo máxima possível” para a interação de buracos negros pode atingir um impressionante 102 milhões de km/h (cerca de 63 milhões de mph), aproximadamente um décimo da velocidade da luz. Este limite é alcançado sob condições específicas de colisão que fazem os buracos negros ou se fundirem ou se separarem à medida que se aproximam um do outro, dizem os autores do estudo.
A equipe agora pretende estabelecer formalmente, através de cálculos matemáticos baseados na teoria da relatividade de Einstein, que este limite de velocidade é intransponível, o que poderia ter implicações significativas para os princípios básicos da física.
Carlos Lousto, co-autor do estudo e professor de matemática e estatística no Instituto de Tecnologia de Rochester (RIT) em Nova York, falou ao Live Science. Ele mencionou: “Estamos apenas começando a arranhar a superfície de algo que poderia ser uma descrição mais universal.” Lousto sugere que este novo limite de velocidade identificado poderia eventualmente ser entendido como parte de um quadro mais amplo de leis físicas que afetam “desde os menores aos maiores objetos do universo.”
Ondulações no Contínuo Espaço-Tempo
Quando dois buracos negros se aproximam, eles têm duas opções: ou se fundem em um único buraco negro ou giram em torno de seu centro de massa comum antes de se separarem. O resultado — fusão ou separação — é determinado pela distância entre eles no ponto mais próximo.
Para identificar a velocidade máxima de recuo que os buracos negros em separação poderiam atingir, Carlos Lousto e seu colega de pesquisa James Healy, da Escola de Matemática e Estatística do RIT, usaram supercomputadores para realizar simulações numéricas. Esses cálculos aplicaram os princípios da relatividade geral para modelar a evolução de buracos negros interagindo. Embora as tentativas de resolver numericamente essas equações tenham começado há mais de 50 anos, técnicas para prever a amplitude das ondas gravitacionais resultantes foram desenvolvidas apenas em 2005 — apenas uma década antes do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferometria a Laser (LIGO) fazer as primeiras detecções dessas ondas.
Desde então, o LIGO documentou quase 100 interações de buracos negros. Uma comparação de dados de um desses eventos com as descobertas da relatividade numérica revelou uma trajetória “excêntrica”, ou elíptica, dos buracos negros, contradizendo suposições anteriores de órbitas quase circulares, disse Lousto. Isso levou os cientistas a expandir o espectro de cenários de colisão e buscar casos mais extremos. “O que queríamos fazer é meio que testar os limites dessas colisões”, observou Lousto.
Em sua investigação, Lousto e Healy examinaram como a alteração de quatro variáveis influenciava a interação gravitacional entre os buracos negros: suas velocidades iniciais, o espaço entre eles no ponto mais próximo, a possível rotação de cada buraco negro em torno de seu próprio eixo e a intensidade dessa rotação.
Ao realizar 1.381 simulações, cada uma durando de duas a três semanas, os pesquisadores descobriram que buracos negros com rotações opostas que se raspam ao passar um pelo outro exibiram um pico nas velocidades de recuo possíveis. Embora os buracos negros emitam ondas gravitacionais em todas as direções, rotações opostas distorcem essas ondas, produzindo um impulso adicional que aumenta a velocidade de recuo.
Imre Bartos, um Professor Associado no Departamento de Física da Universidade da Flórida que não participou do novo estudo, comunicou ao Live Science via e-mail que o “recuo dos buracos negros após se fundirem é uma peça crítica de sua interação”. Isso é particularmente importante em regiões cósmicas com altas concentrações de buracos negros, já que forças de recuo poderosas podem expulsar completamente um buraco negro residual daquela área.
Bartos acrescentou ainda: “Como acontece com toda quantidade teórica limitante, será interessante ver se a natureza excede isso em alguma situação que poderia sinalizar desvios em nosso entendimento de como os buracos negros funcionam.” [Live Science]
