Um análogo de um buraco negro poderia nos dizer algumas coisas sobre uma radiação elusiva, teoricamente emitida pelo objeto real.
Usando uma cadeia de átomos em fila única para simular o horizonte de eventos de um buraco negro, uma equipe de físicos observou em 2022 o equivalente ao que chamamos de radiação Hawking – partículas nascidas de distúrbios nas flutuações quânticas causadas pela quebra do buraco negro no espaço-tempo.
Isto, dizem eles, poderia ajudar a resolver a tensão entre duas estruturas atualmente inconciliáveis para a descrição do Universo: a teoria da relatividade geral, que descreve o comportamento da gravidade como um campo contínuo conhecido como espaço-tempo; e a mecânica quântica, que descreve o comportamento de partículas discretas usando a matemática da probabilidade.
Para uma teoria unificada da gravidade quântica que possa ser aplicada universalmente, essas duas teorias imiscíveis precisam encontrar uma maneira de coexistir de alguma forma.
É aqui que entram em cena os buracos negros – possivelmente os objetos mais estranhos e extremos do Universo. Estes objetos massivos são tão incrivelmente densos que, a uma certa distância do centro de massa do buraco negro, nenhuma velocidade no Universo é suficiente para escapar. Nem mesmo a velocidade da luz.
Essa distância, que varia dependendo da massa do buraco negro, é chamada de horizonte de eventos. Uma vez que um objeto cruza a sua fronteira só podemos imaginar o que acontece, já que nada retorna com informações vitais sobre o seu destino. Mas em 1974, Stephen Hawking propôs que as interrupções nas flutuações quânticas causadas pelo horizonte de eventos resultam num tipo de radiação muito semelhante à radiação térmica.
Se esta radiação Hawking existe, é muito fraca para sermos detectadas ainda. É possível que nunca consigamos separá-lo da estática sibilante do Universo. Mas podemos investigar suas propriedades criando análogos de buracos negros em laboratório.
Isto já tinha sido feito antes, mas em novembro de 2022 uma equipe liderada por Lotte Mertens, da Universidade de Amsterdã, nos Países Baixos, tentou algo novo.
Uma cadeia unidimensional de átomos serviu como caminho para os elétrons “saltarem” de uma posição para outra. Ao ajustar a facilidade com que esse salto pode ocorrer, os físicos poderiam fazer com que certas propriedades desaparecessem, criando efetivamente uma espécie de horizonte de eventos que interferia na natureza ondulatória dos elétrons.
O efeito deste horizonte de eventos falso produziu um aumento na temperatura que correspondeu às expectativas teóricas de um sistema de buraco negro equivalente, disse a equipe, mas apenas quando parte da cadeia se estendeu para além do horizonte de eventos.
Isto pode significar que o emaranhado de partículas que abrangem o horizonte de eventos é fundamental na geração da radiação Hawking.
A radiação Hawking simulada foi térmica apenas para uma certa faixa de amplitudes de salto, e em simulações que começaram imitando um tipo de espaço-tempo considerado “plano”. Isto sugere que a radiação Hawking só pode ser térmica dentro de uma série de situações e quando há uma mudança na deformação do espaço-tempo devido à gravidade.
Não está claro o que isto significa para a gravidade quântica, mas o modelo oferece uma forma de estudar o surgimento da radiação Hawking num ambiente que não é influenciado pela dinâmica selvagem da formação de um buraco negro. E, por ser tão simples, pode ser utilizado em uma ampla gama de configurações experimentais, disseram os pesquisadores.
“Isso pode abrir um espaço para explorar aspectos fundamentais da mecânica quântica juntamente com a gravidade e os espaços-tempos curvos em vários ambientes de matéria condensada”, escreveram os pesquisadores.
A pesquisa foi publicada na Physical Review Research.
Traduzido por Mateus Lynniker de ScienceAlert
