E esse buraco negro cabeludo aí que Einstein não concorda?

Por , em 14.02.2021

Buracos negros, de acordo com a teoria da gravidade de Albert Einstein, podem ter apenas três características: massa, giro e carga. Se esses valores são os mesmos para qualquer dois buracos negros, é impossível discernir um do outro.

“Na relatividade geral clássica, eles seriam exatamente idênticos”, disse Paul Chesler, físico teórico da Universidade de Harvard. “Você não tem como diferenciar.”

No entanto, os cientistas começaram a se perguntar se o “teorema careca” é estritamente verdadeiro. Em 2012, um matemático chamado Stefanos Aretakis — então na Universidade de Cambridge e agora na Universidade de Toronto — sugeriu que alguns buracos negros poderiam ter instabilidades em seus horizontes de eventos. Essas instabilidades tornariam a atração de algumas regiões do horizonte de um buraco negro mais forte do que outras. Isso faria com que os buracos negros idênticos fossem, na realidade, distinguíveis.

No entanto, suas equações só mostraram que isso era possível para os chamados buracos negros extremos — aqueles que têm um valor máximo possível para sua massa, rotação ou carga. E até onde sabemos, “esses buracos negros não podem existir”, disse Chesler.

Mas e se você tivesse um buraco negro quase extremo, um que se aproximasse desses valores extremos, mas não os alcançasse? Tal buraco negro poderia existir, ao menos em teoria. Haveria violações detectáveis do teorema careca?

Um artigo publicado no final do mês passado mostra que poderia. Além disso, este cabelo pode ser detectado por observatórios de ondas gravitacionais.

“Aretakis basicamente sugeriu que havia algumas informações que foram deixadas no horizonte”, disse Gaurav Khanna, físico da Universidade de Massachusetts e da Universidade de Rhode Island e um dos coautores. “Nosso trabalho abre a possibilidade de medir esses cabelos.”

Mais especificamente, os cientistas sugerem que remanescentes da formação do buraco negro ou de distúrbios posteriores, como a matéria caindo no buraco negro, poderiam criar instabilidades gravitacionais no horizonte de eventos de um buraco negro quase extremo. “Esperamos que o sinal gravitacional que veríamos fosse bem diferente dos buracos negros comuns que não são extremos”, disse Khanna.

Se os buracos negros tiverem cabelos — retendo assim algumas informações sobre seu passado — isso pode ter implicações para o famoso paradoxo da informação do buraco negro apresentado pelo falecido físico Stephen Hawking, disse Lia Medeiros, astrofísica do Instituto de Estudos Avançados de Princeton, Nova Jersey. Esse paradoxo destila o conflito fundamental entre a relatividade geral e a mecânica quântica, os dois grandes pilares da física do século XX. “Se você violar uma das suposições [do paradoxo da informação], você pode ser capaz de resolver o próprio paradoxo”, disse Medeiros. “Uma das suposições é o teorema careca.”

As ramificações disso podem ser amplas. “Se pudermos provar que o tempo-espacial real do buraco negro fora do buraco negro é diferente do que esperamos, então acho que isso terá implicações enormes para a relatividade geral”, disse Medeiros, que foi coautora de um artigo em outubro que abordou se a geometria observada dos buracos negros é consistente com as previsões.

Talvez o aspecto mais emocionante deste último artigo, no entanto, é que ele poderia fornecer uma maneira de mesclar observações de buracos negros com física fundamental. Detectar cabelos em buracos negros — possivelmente os laboratórios de astrofísica mais extremos do universo — poderia nos permitir sondar ideias como teoria das cordas e gravidade quântica de uma maneira que nunca foi possível antes.

“Um dos grandes problemas com a teoria das cordas e a gravidade quântica é que é realmente difícil testar essas previsões”, disse Medeiros. “Então, se você tem algo que é mesmo remotamente testável, isso é incrível.”

Há grandes obstáculos, no entanto. Não é certeza que existam buracos negros quase extremos. (As melhores simulações atuais normalmente produzem buracos negros que estão a 30% de serem extremos, disse Chesler.) E mesmo que consigam, não está claro se detectores de ondas gravitacionais seriam sensíveis o suficiente para detectar essas instabilidades dos cabelos.

Além disso, espera-se que o cabelo tenha uma vida extremamente curta, apenas frações de segundo.

Mas o papel em si, pelo menos em princípio, parece sólido. “Acho que ninguém na comunidade duvida disso”, disse Chesler. “Não é especulativo. Acontece que as equações de Einstein são tão complicadas que estamos descobrindo novas propriedades delas anualmente.”

O próximo passo seria ver que tipo de sinais devemos procurar em nossos detectores gravitacionais — seja LIGO e Virgem, que funcionam hoje, ou futuros instrumentos como o instrumento LISA da Agência Espacial Europeia.

“Agora [devemos] calcular qual seria a frequência dessa radiação gravitacional, e entender como poderíamos medi-la e identificá-la”, disse Helvi Witek, astrofísico da Universidade de Illinois, Urbana-Champaign. “O próximo passo é ir desse estudo teórico muito agradável e importante para descobrirmos qual seria a assinatura.”

Há muitas razões para fazê-lo. Embora as chances de uma detecção que prove que o artigo esteja correto sejam pequenas, tal descoberta não só desafiaria a teoria da relatividade geral de Einstein, mas provaria a existência de buracos negros quase extremos.

“Adoraríamos saber se a natureza permitiria que tal monstro existisse”, disse Khanna. “Teria implicações muito dramáticas para o nosso campo.” [Wired]

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