Buracos negros que giram rápido o suficiente podem ganhar novas propriedades

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Imagem do buraco negro M87*. (Créditos: Colaboração EHT)

Por Brian Koberlein
Publicado no Universe Today

A relatividade geral é uma teoria matemática profundamente complexa, mas sua descrição dos buracos negros é incrivelmente simples. Um buraco negro estável pode ser descrito por apenas três propriedades: sua massa, sua carga elétrica e sua rotação ou spin.

Como os buracos negros provavelmente não têm muita carga, na verdade são necessárias apenas duas propriedades. Se você conhece a massa e a rotação de um buraco negro, sabe tudo o que há para saber sobre ele.

Esta propriedade é frequentemente resumida pelo teorema da calvície. Especificamente, o teorema afirma que, uma vez que a matéria cai em um buraco negro, a única característica que permanece é a massa.

Ou seja, você poderia fazer um buraco negro com hidrogênio, umas cadeiras ou aquelas cópias antigas da National Geographic tiradas do sótão da sua vó, e não haveria diferença. Massa é massa no que diz respeito à relatividade geral. Em todos os casos, o horizonte de eventos de um buraco negro é perfeitamente plano, sem recursos extras.

Como disse Jacob Bekenstein, os buracos negros não têm cabelo.

Mas com todo o seu poder de previsão, a relatividade geral tem um problema com a teoria quântica. Isso é particularmente verdadeiro com os buracos negros. Se o teorema da calvície estiver correto, as informações contidas em um objeto são destruídas quando ele cruza o horizonte de eventos.

A teoria quântica diz que a informação nunca pode ser destruída. Portanto, a teoria válida da gravidade é contraditada pela teoria quântica. Isso leva a problemas como o paradoxo do firewall, que não consegue decidir se um horizonte de eventos deve ser quente ou frio.

Várias teorias foram propostas para resolver essa contradição, muitas vezes envolvendo extensões à relatividade. Mas a diferença entre a relatividade padrão e essas teorias modificadas só pode ser vista em situações extremas, tornando-as difíceis de estudar por observação. Mas um novo estudo na Physical Review Letters mostra como essas questões podem ser estudadas através da rotação de um buraco negro.

Muitas teorias da relatividade modificadas têm um parâmetro extra não visto na teoria padrão. Conhecido como campo escalar sem massa, ele permite que o modelo de Einstein se conecte com a teoria quântica de uma forma que não é contraditória.

Neste novo trabalho, a equipe olhou como esse campo escalar se conecta à rotação de um buraco negro. Eles descobriram que em baixas rotações, um buraco negro modificado é indistinguível do modelo padrão, mas em altas rotações o campo escalar permite que um buraco negro tenha recursos extras.

Em outras palavras, nesses modelos alternativos, buracos negros em rotação rápida podem ter cabelo.

Os aspectos cabeludos dos buracos negros em rotação seriam vistos apenas perto do próprio horizonte de eventos, mas também afetariam a fusão dos buracos negros. Como os autores apontam, futuras observações de ondas gravitacionais devem ser capazes de usar buracos negros em rotação rápida para determinar se uma alternativa à relatividade geral é válida.

A teoria da relatividade geral de Einstein passou por todos os desafios observacionais até agora, mas provavelmente irá falhar nos ambientes mais extremos do universo.

Estudos como este mostram como podemos ser capazes de descobrir qual teoria que vem a seguir.