Para onde levam os buracos negros?

Desenho de um buraco negro.

Para onde vai um buraco negro? (Crédito da imagem: revista All About Space)



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Então aí está você, prestes a pular em um buraco negro . O que poderia esperar se - contra todas as probabilidades - você sobreviver de alguma forma? Onde você iria parar e que histórias tentadoras você seria capaz de contar se conseguisse escalar seu caminho de volta?

A resposta simples para todas essas perguntas é, como explica o professor Richard Massey, 'Quem sabe?' Como pesquisador da Royal Society no Institute for Computational Cosmology da Durham University, Massey está plenamente ciente de que os mistérios dos buracos negros são profundos. 'Cair em um horizonte de eventos é literalmente passar além do véu - uma vez que alguém passe por ele, ninguém poderá enviar uma mensagem de volta', disse ele. 'Eles seriam feitos em pedaços pela enorme gravidade, então eu duvido que alguém que caísse por eles chegaria a algum lugar.'





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Se isso soa como uma resposta decepcionante - e dolorosa, então é de se esperar. Desde Albert Einstein's teoria geral da relatividade foi considerada a previsão de buracos negros ao vincular o espaço-tempo à ação da gravidade, sabe-se que os buracos negros resultam da morte de uma estrela massiva, deixando para trás um pequeno núcleo denso remanescente. Supondo que esse núcleo tenha mais do que cerca de três vezes a massa do Sol, a gravidade se sobrecarregaria a tal ponto que cairia sobre si mesma em um único ponto, ou singularidade, entendida como o núcleo infinitamente denso do buraco negro.



O buraco negro inabitável resultante teria uma atração gravitacional tão poderosa que nem mesmo a luz poderia evitá-lo. Portanto, se você se encontrar no horizonte de eventos - o ponto em que a luz e a matéria só podem passar para o interior, conforme proposto pelo astrônomo alemão Karl Schwarzschild - não há como escapar. De acordo com Massey, as forças das marés reduziriam seu corpo a fios de átomos (ou 'espaguetificação', como também é conhecido) e o objeto acabaria sendo esmagado na singularidade. A ideia de que você pode aparecer em algum lugar - talvez do outro lado - parece totalmente fantástica.

E quanto aos buracos de minhoca?

Veja como os buracos negros funcionam neste infográfico do SPACE.com .] '>



(Crédito da imagem: Karl Tate, contribuidor do SPACE.com)

Ou é? Ao longo dos anos, os cientistas investigaram a possibilidade de que os buracos negros poderiam ser buracos de minhoca para outras galáxias. Eles podem até ser, como alguns sugeriram, um caminho para outro universo.

Essa ideia já existe há algum tempo: Einstein se juntou a Nathan Rosen para teorizar pontes que conectam dois pontos diferentes no espaço-tempo em 1935. Mas ganhou um novo terreno na década de 1980, quando o físico Kip Thorne - um dos maiores especialistas do mundo nas implicações astrofísicas da teoria geral da relatividade de Einstein - levantou uma discussão sobre se os objetos poderiam viajar fisicamente através deles.

'Ler o popular livro de Kip Thorne sobre buracos de minhoca foi o que primeiro me empolgou com a física quando criança', disse Massey. Mas não parece provável que existam buracos de minhoca.

Na verdade, Thorne, que emprestou seu conselho de especialista à equipe de produção do filme de Hollywood Interestelar, escreveu: 'Não vemos objetos em nosso universo que possam se tornar buracos de minhoca à medida que envelhecem', em seu livro 'A Ciência de Interestelar' (WW Norton e Empresa, 2014). Thorne disse ao Space.com que as viagens por esses túneis teóricos provavelmente permaneceriam como ficção científica, e certamente não há evidências firmes de que um buraco negro poderia permitir tal passagem.

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Mas, o problema é que não podemos chegar perto para ver por nós mesmos. Ora, não podemos nem tirar fotos de qualquer coisa que aconteça dentro de um buraco negro - se a luz não consegue escapar de sua imensa gravidade, então nada pode ser capturado por uma câmera. Do jeito que está, a teoria sugere que tudo o que vai além do horizonte de eventos é simplesmente adicionado ao buraco negro e, o que é mais, como o tempo se distorce perto desse limite, isso parecerá ocorrer incrivelmente devagar, então as respostas não serão rápidas próximo.

'Acho que a história padrão é que eles levam ao fim dos tempos', disse Douglas Finkbeiner, professor de astronomia e física da Universidade de Harvard. 'Um observador distante não verá seu amigo astronauta cair no buraco negro. Eles ficarão mais vermelhos e mais tênues conforme se aproximam do horizonte de eventos [como resultado do desvio gravitacional para o vermelho]. Mas o amigo cai direto, em um lugar além de 'para sempre'. O que quer que isso signifique. '

ilustração de buraco de minhoca

O conceito artístico de um buraco de minhoca. Se houver buracos de minhoca, eles podem levar a outro universo. Mas, não há evidência de que os buracos de minhoca sejam reais ou que um buraco negro agisse como tal.(Crédito da imagem: Shutterstock)

Talvez um buraco negro leve a um buraco branco

Certamente, se os buracos negros conduzem a outra parte de uma galáxia ou a outro universo, seria necessário haver algo oposto a eles no outro lado. Isso poderia ser um buraco branco - uma teoria apresentada pelo cosmologista russo Igor Novikov em 1964? Novikov propôs que um buraco negro se conecte a um buraco branco que existe no passado. Ao contrário de um buraco negro, um buraco branco permitirá que a luz e a matéria saiam, mas a luz e a matéria não poderão entrar.

Os cientistas continuaram a explorar a conexão potencial entre os buracos negros e brancos. Em seu estudo de 2014 publicado na revista Revisão Física D , os físicos Carlo Rovelli e Hal M. Haggard afirmaram que 'há uma métrica clássica que satisfaz as equações de Einstein fora de uma região de espaço-tempo finita onde a matéria colapsa em um buraco negro e então emerge de um buraco de tempo'. Em outras palavras, todo o material que os buracos negros engoliram pode ser expelido e os buracos negros podem se tornar buracos brancos quando morrem.

Longe de destruir as informações que absorve, o colapso de um buraco negro seria interrompido. Em vez disso, ele experimentaria um salto quântico, permitindo que a informação escapasse. Se for esse o caso, lançaria alguma luz sobre uma proposta do ex-cosmologista e físico teórico da Universidade de Cambridge Stephen Hawking que, na década de 1970, explorou a possibilidade de os buracos negros emitirem partículas e radiação - calor térmico - como resultado de flutuações quânticas .

'Hawking disse que um buraco negro não dura para sempre', disse Finkbeiner. Hawking calculou que a radiação faria com que um buraco negro perdesse energia, encolhesse e desaparecesse, conforme descrito em seu artigo de 1976 publicado em Revisão Física D . Dadas suas afirmações de que a radiação emitida seria aleatória e não conteria nenhuma informação sobre o que havia caído, o buraco negro, ao explodir, apagaria muita informação.

Isso significava que a ideia de Hawking estava em conflito com a teoria quântica, que diz que as informações não podem ser destruídas. A física afirma que a informação só se torna mais difícil de encontrar porque, caso se perca, torna-se impossível saber o passado ou o futuro. A ideia de Hawking levou ao 'paradoxo da informação do buraco negro' e há muito intrigou os cientistas. Alguns disseram que Hawking estava simplesmente errado, e o próprio homem até declarou que havia cometido um erro durante uma conferência científica em Dublin em 2004.

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Então, vamos voltar ao conceito de buracos negros emitindo informações preservadas e jogando-as de volta através de um buraco branco? Pode ser. Em seu estudo de 2013 publicado em Cartas de revisão física , Jorge Pullin da Louisiana State University e Rodolfo Gambini da University of the Republic em Montevidéu, Uruguai, aplicaram o loop gravidade quântica a um buraco negro e descobriu que a gravidade aumentou em direção ao núcleo, mas reduziu e ploncou tudo o que estava entrando em outra região do universo. Os resultados deram crédito extra à ideia de buracos negros servindo como um portal. Neste estudo, a singularidade não existe e, portanto, não forma uma barreira impenetrável que acaba esmagando tudo o que encontra. Também significa que a informação não desaparece.

Talvez os buracos negros não cheguem a lugar nenhum

Mesmo assim, os físicos Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski e James Sully ainda acreditavam que Hawking poderia ter descoberto algo. Eles trabalharam em uma teoria que ficou conhecida como firewall AMPS, ou a hipótese do firewall do buraco negro. Pelos seus cálculos, a mecânica quântica poderia transformar o horizonte de eventos em uma parede gigante de fogo e qualquer coisa que entrasse em contato queimaria em um instante. Nesse sentido, os buracos negros não levam a lugar nenhum porque nada poderia entrar.

Isso, no entanto, viola a teoria geral da relatividade de Einstein. Alguém cruzando o horizonte de eventos não deveria realmente sentir grandes dificuldades porque um objeto estaria em queda livre e, com base no princípio da equivalência, esse objeto - ou pessoa - não sentiria os efeitos extremos da gravidade. Ele poderia seguir as leis da física presentes em outras partes do universo, mas mesmo que não fosse contra o princípio de Einstein, iria minar a teoria quântica de campos ou sugerir que informações podem ser perdidas.

Artista

Impressão artística de um evento de interrupção de maré que ocorre quando uma estrela passa muito perto de um buraco negro supermassivo.(Crédito da imagem: revista All About Space)

Buraco negro de incerteza

Avance Hawking mais uma vez. Em 2014, ele publicou um estude em que ele evitou a existência de um horizonte de eventos - o que significa que não há nada lá para queimar - dizendo que o colapso gravitacional produziria um 'horizonte aparente'.

Esse horizonte suspenderia os raios de luz tentando se afastar do núcleo do buraco negro e persistiria por um 'período de tempo'. Em seu repensar, os horizontes aparentes retêm temporariamente matéria e energia antes de se dissolver e liberá-los mais tarde na linha. Essa explicação se encaixa melhor com a teoria quântica - que diz que a informação não pode ser destruída - e, se alguma vez foi provada, sugere que qualquer coisa pode escapar de um buraco negro.

Hawking foi mais longe ao dizer que os buracos negros podem nem mesmo existir. “Os buracos negros devem ser redefinidos como estados limites metaestáveis ​​do campo gravitacional”, escreveu ele. Não haveria singularidade e, embora o campo aparente se movesse para dentro devido à gravidade, ele nunca alcançaria o centro e se consolidaria dentro de uma massa densa.

Ao focalizar os raios X, o telescópio espacial NuSTAR em órbita terrestre estudará buracos negros e outros objetos exóticos no universo distante.

(Crédito da imagem: Karl Tate, Colaborador do SPACE.com)

E, no entanto, tudo o que é emitido não será na forma de informação engolida. Seria impossível descobrir o que entrou olhando o que está saindo, o que causa problemas próprios - não menos para, digamos, um humano que se encontrasse em uma posição tão alarmante. Eles nunca mais sentiriam o mesmo!

Uma coisa é certa: esse mistério em particular vai engolir muito mais horas científicas por muito tempo. Rovelli e Francesca Vidotto sugeriram recentemente que um componente da matéria escura poderia ser formado por restos de buracos negros evaporados, e o artigo de Hawking sobre buracos negros e 'cabelo macio' era lançado em 2018 e descreve como as partículas de energia zero são deixadas em torno do ponto sem retorno, o horizonte de eventos - uma ideia que sugere que as informações não são perdidas, mas capturadas.

Isso ia contra o teorema sem cabelo expresso pelo físico John Archibald Wheeler e funcionava na base de que dois buracos negros seriam indistinguíveis para um observador porque nenhuma das pseudo-cargas da física de partículas especiais seria conservada. É uma ideia que tem feito os cientistas falarem, mas ainda há um caminho a percorrer antes que seja vista como a resposta para onde os buracos negros levam. Se pudéssemos encontrar uma maneira de saltar para um.

Recursos adicionais:

(Crédito da imagem: revista All About Space)