Físicos acabam de fazer acidentalmente uma nova descoberta sobre buracos negros

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Impressão artística de um buraco negro ativo. Créditos: Mark Garlick / Science Photo Library / Getty Images.

Por Michelle Starr
Publicado na ScienceAlert

Dado que nossas primeiras detecções diretas confirmando a existência de buracos negros ocorreram apenas neste século, a humanidade pode ser perdoada por não saber algumas coisas sobre esses misteriosos objetos cósmicos.

Nem mesmo sabemos tudo o que não sabemos – um fato que se tornou evidente em uma nova descoberta. Ao executar equações para correções de gravidade quântica para a entropia de um buraco negro, uma dupla de físicos descobriu que os buracos negros exercem pressão sobre o espaço ao seu redor.

Não muita pressão, de fato – mas é uma descoberta que é fascinantemente consistente com a previsão de Stephen Hawking de que os buracos negros emitem radiação e, portanto, não apenas têm temperatura, mas encolhem lentamente com o tempo, na ausência de acreção.

“Nossa descoberta de que os buracos negros de Schwarzschild têm pressão e temperatura é ainda mais emocionante, visto que foi uma surpresa total”, disse o físico e astrônomo Xavier Calmet, da Universidade de Sussex, no Reino Unido.

“Se você considerar os buracos negros apenas dentro da relatividade geral, pode-se supor que eles têm uma singularidade em seus centros onde as leis da física como os conhecemos seriam quebradas.

“Espera-se que, quando a teoria quântica de campos for incorporada à relatividade geral, possamos encontrar uma nova descrição dos buracos negros”.

Quando fizeram a descoberta, Calmet e seu colega da Universidade de Sussex, o físico e astrônomo Folkert Kuipers, estavam realizando cálculos usando a teoria quântica de campos para tentar sondar o horizonte de eventos de um buraco negro.

Especificamente, eles estavam tentando entender as flutuações no horizonte de eventos de um buraco negro que corrigem sua entropia, uma medida da progressão da ordem para a desordem.

Enquanto eles realizavam esses cálculos, Calmet e Kuipers continuaram encontrando uma figura adicional que apareceu em suas equações, mas demorou um pouco para que eles reconhecessem o que estavam olhando – pressão.

“O momento em que percebemos que o resultado misterioso em nossas equações estava nos dizendo que o buraco negro que estávamos estudando tinha uma pressão – depois de meses tentando descobrir – foi entusiasmante”, disse Kuipers.

Não está claro o que está causando a pressão e, de acordo com os cálculos da equipe, é muito pequena. Além disso, é negativa – expresso como -2E-46 bar para um buraco negro com a massa do Sol, em comparação com 1 bar da Terra ao nível do mar.

Isso significa exatamente o que parece – o buraco negro estaria encolhendo, não crescendo. Isso é consistente com a previsão de Hawking, embora neste ponto seja impossível determinar como a pressão negativa se relaciona com a radiação Hawking, ou mesmo se os dois fenômenos estão relacionados.

No entanto, a descoberta pode ter implicações interessantes para nossas tentativas de enquadrar a relatividade geral (em escalas macro) com a mecânica quântica (que opera em escalas extremamente pequenas).

Os buracos negros são considerados a chave para esse esforço. A singularidade do buraco negro é matematicamente descrita como um ponto unidimensional de densidade extremamente alta, no qual a relatividade geral se quebra – mas o campo gravitacional ao seu redor só pode ser descrito relativisticamente.

Descobrir como os dois regimes de leis se encaixam também pode ajudar a resolver um problema relacionado aos buracos negros realmente espinhoso. De acordo com a relatividade geral, as informações que desaparecem além de um buraco negro podem desaparecer para sempre. Na mecânica quântica, isso não seria o caso. Este é o paradoxo da informação em buraco negros, e explorar matematicamente o espaço-tempo em torno de um buraco negro pode ajudar a resolvê-lo.

“Nosso trabalho é um passo nessa direção”, disse Calmet, “e embora a pressão exercida pelo buraco negro que estávamos estudando seja minúscula, o fato de estar presente abre múltiplas possibilidades novas, abrangendo o estudo da astrofísica, física de partículas e física quântica”.

A pesquisa foi publicada na Physical Review D.