Buracos negros estão entre os lugares mais misteriosos do universo; locais onde a própria estrutura do espaço e do tempo é tão distorcida que nem a luz pode escapar deles. De acordo com a teoria da relatividade geral de Einstein, em seu centro está uma singularidade, um lugar onde a massa de muitas estrelas é esmagada em um volume com tamanho exatamente zero. No entanto, dois artigos de física recentes, publicados em 10 de dezembro nas revistas Physical Review Letters e Physical Review D, respectivamente, podem fazer os cientistas reconsiderarem o que achamos que sabemos sobre buracos negros. Os buracos negros podem não durar para sempre, e é possível que tenhamos entendido completamente sua natureza e a aparência deles no centro, de acordo com os jornais.
O limite da física de Einstein
Astrônomos e físicos sustentam há muito tempo que a idéia de uma singularidade simplesmente deve estar errada. Se um objeto com massa não tiver tamanho, ele terá densidade infinita. E, por mais que os pesquisadores lançem a palavra "infinito", infinitos desse tipo não existem na natureza. Em vez disso, quando você encontra um infinito em uma situação real, física, científica, o que realmente significa é que você empurrou sua matemática para além do domínio em que eles se aplicam. Você precisa de nova matemática.
É fácil dar um exemplo familiar disso. A lei da gravidade de Newton diz que a força da atração gravitacional muda à medida que a distância ao quadrado entre dois objetos é alterada. Então, se você pegasse uma bola localizada longe da Terra, ela teria um certo peso. Então, quando você o aproximasse da Terra, o peso aumentaria. Levando essa equação ao extremo, ao aproximar o objeto do centro da Terra, ele experimentaria uma força infinita. Mas isso não acontece.
Em vez disso, ao aproximar o objeto da superfície da Terra, a simples lei da gravidade de Newton não se aplica mais. Você precisa levar em consideração a distribuição real da massa da Terra, e isso significa que você precisa usar equações diferentes e mais complexas que prevejam comportamentos diferentes. Da mesma forma, enquanto a teoria da relatividade geral de Einstein prevê que uma singularidade de densidade infinita existe no centro dos buracos negros, isso não pode ser verdade. Em tamanhos muito pequenos, uma nova teoria da gravidade deve entrar em jogo. Temos um nome genérico para essa nova teoria: é chamada gravidade quântica.
O nome gravidade quântica significa simplesmente "gravidade nas escalas menores", mas a frase não implica uma teoria específica. No entanto, foram apresentadas propostas teóricas específicas que descreveriam a gravidade como no microcosmo. Uma proposta é chamada de gravidade quântica em loop.
A gravidade quântica de loop é matematicamente bem definida e expressa o tecido do espaço-tempo como uma rede de redes de spin, que evoluem ao longo do tempo. As redes de spin são apenas uma formulação matemática que descreve como as partículas e os campos interagem. De um ponto de vista mais prático, a gravidade quântica em loop prevê que o espaço-tempo é quantizado, com a menor unidade possível ou pedaço de espaço e tempo, além do qual o espaço-tempo não pode mais ser subdividido.
A gravidade quântica em loop é uma teoria matemática difícil que resistiu à realização de previsões testáveis dentro de buracos negros. No entanto, Abhay Ashtekar e Javier Olmedo, da Universidade Estadual da Pensilvânia, e Parampreet Singh, da Universidade Estadual da Louisiana, aplicaram a gravidade quântica em loop ao centro dos buracos negros. Eles alegam que o resultado não é uma singularidade.
O cálculo deles prevê que o espaço-tempo é curvado muito fortemente perto do centro do buraco negro. O resultado é que o espaço-tempo continua em uma região no futuro que possui a estrutura de um buraco branco. Um buraco branco é como um buraco negro ao contrário, o que significa que, diferentemente de um buraco negro, que puxa matéria, um buraco branco atira matéria.
Talvez haja outra maneira de imaginar o que eles estão prevendo. É sabido que, em campos gravitacionais fortes, o tempo diminui. E os buracos negros contêm os campos gravitacionais mais fortes do universo. Por isso, uma possível interpretação desse novo trabalho é que a matéria cai em um buraco negro e depois "salta", atirando a massa de volta ao cosmos. Como o tempo é tão lento perto do centro de um buraco negro, esse processo simplesmente leva uma quantidade enorme de tempo. Se os pesquisadores estiverem corretos, em um futuro muito distante, onde agora existem buracos negros, a matéria estará em erupção, espalhando matéria por todo o cosmos.
Como sempre na ciência teórica, existem muitas idéias interessantes e provocativas que simplesmente não são verdadeiras, e essa pode ser uma delas. Portanto, é importante verificar se existe suporte experimental para idéias teóricas como essas.
Existem algumas possibilidades. Os cientistas observaram fenômenos de energia muito alta no espaço que não foram completamente explicados. Uma é a existência de raios cósmicos de energia muito alta que atingem a atmosfera da Terra. Outra é o que é chamado de "rajadas rápidas de rádio", que é quando uma grande quantidade de energia de rádio é observada em um período muito curto de tempo. Ambos os fenômenos poderiam, pelo menos em princípio, ser a assinatura de um buraco negro em transição para um buraco branco.
Certamente é prematuro aceitar essa nova e interessante idéia. Em vez disso, seria prudente ver como os cálculos em andamento usando a gravidade quântica de loop se desdobram. Se as previsões melhorarem e começarem a se parecer mais com alguns dos fenômenos astronômicos inexplicáveis observados, pode ser que esse novo resultado explique como a gravidade quântica funciona e reformule nossa compreensão do passado e do futuro do nosso universo.
Don Lincoln é pesquisador de física na Fermilab. Ele é o autor de "O Grande Colisor de Hádrons: A História Extraordinária do Bóson de Higgs e outras coisas que vão explodir sua mente"(Johns Hopkins University Press, 2014), e ele produz uma série de educação científica vídeos. Siga-o no Facebook. As opiniões expressas neste comentário são dele.
Don Lincoln contribuiu com este artigo para a Live Science Vozes de especialistas: Op-Ed & Insights.
