Por Marcelo Ribeiro,
em 14.02.2021
Buracos negros, de
acordo com a teoria da gravidade de Albert Einstein, podem ter apenas três
características: massa, giro e carga. Se esses valores são os mesmos para
qualquer dois buracos negros, é impossível discernir um do outro.
“Na relatividade geral clássica, eles seriam exatamente
idênticos”, disse Paul Chesler, físico teórico da Universidade de Harvard.
“Você não tem como diferenciar.”
No entanto, os cientistas começaram a se perguntar se o “teorema
careca” é estritamente verdadeiro. Em 2012, um matemático chamado Stefanos
Aretakis — então na Universidade de Cambridge e agora na Universidade de
Toronto — sugeriu que alguns buracos negros poderiam ter instabilidades em seus
horizontes de eventos. Essas instabilidades tornariam a atração de algumas
regiões do horizonte de um buraco negro mais forte do que outras. Isso faria
com que os buracos negros idênticos fossem, na realidade, distinguíveis.
No entanto, suas equações só mostraram que isso era possível para
os chamados buracos negros extremos — aqueles que têm um valor máximo possível
para sua massa, rotação ou carga. E até onde sabemos, “esses buracos negros não
podem existir”, disse Chesler.
Mas e se você tivesse um buraco negro quase extremo, um que se
aproximasse desses valores extremos, mas não os alcançasse? Tal buraco negro
poderia existir, ao menos em teoria. Haveria violações detectáveis do teorema
careca?
Um artigo publicado no final do mês
passado mostra que poderia. Além disso, este cabelo pode ser
detectado por observatórios de ondas gravitacionais.
“Aretakis basicamente sugeriu
que havia algumas informações que foram deixadas no horizonte”, disse Gaurav
Khanna, físico da Universidade de Massachusetts e da Universidade de Rhode
Island e um dos coautores. “Nosso trabalho abre a possibilidade de medir esses
cabelos.”
Mais
especificamente, os cientistas sugerem que remanescentes da formação do buraco
negro ou de distúrbios posteriores, como a matéria caindo no buraco negro,
poderiam criar instabilidades gravitacionais no horizonte de eventos de um
buraco negro quase extremo. “Esperamos que o sinal gravitacional que veríamos
fosse bem diferente dos buracos negros comuns que não são extremos”, disse
Khanna.
Se os buracos negros tiverem cabelos — retendo assim algumas
informações sobre seu passado — isso pode ter implicações para o famoso paradoxo da
informação do buraco negro apresentado pelo falecido físico Stephen Hawking,
disse Lia Medeiros, astrofísica do Instituto de Estudos Avançados de Princeton,
Nova Jersey. Esse paradoxo destila o conflito fundamental entre a relatividade
geral e a mecânica quântica, os dois grandes pilares da física do século XX.
“Se você violar uma das suposições [do paradoxo da informação], você pode ser
capaz de resolver o próprio paradoxo”, disse Medeiros. “Uma das suposições é o
teorema careca.”
As ramificações disso podem ser amplas. “Se pudermos provar que o
tempo-espacial real do buraco negro fora do buraco negro é diferente do que
esperamos, então acho que isso terá implicações enormes para a relatividade
geral”, disse Medeiros, que foi coautora de um artigo em outubro que abordou se
a geometria observada dos buracos negros é consistente com as previsões.
Talvez o aspecto mais emocionante deste último artigo, no entanto,
é que ele poderia fornecer uma maneira de mesclar observações de buracos negros
com física fundamental. Detectar cabelos em buracos negros — possivelmente os
laboratórios de astrofísica mais extremos do universo — poderia nos permitir
sondar ideias como teoria das cordas e gravidade quântica de uma maneira que
nunca foi possível antes.
“Um dos grandes problemas com a teoria das cordas e a gravidade
quântica é que é realmente difícil testar essas previsões”, disse Medeiros.
“Então, se você tem algo que é mesmo remotamente testável, isso é incrível.”
Há grandes
obstáculos, no entanto. Não é certeza que existam buracos negros quase
extremos. (As melhores simulações atuais normalmente produzem buracos negros
que estão a 30% de serem extremos, disse Chesler.) E mesmo que consigam, não
está claro se detectores de ondas gravitacionais seriam sensíveis o suficiente
para detectar essas instabilidades dos cabelos.
Além disso, espera-se que o cabelo tenha uma vida extremamente
curta, apenas frações de segundo.
Mas o papel em si, pelo menos em princípio, parece sólido. “Acho
que ninguém na comunidade duvida disso”, disse Chesler. “Não é especulativo.
Acontece que as equações de Einstein são tão complicadas que estamos
descobrindo novas propriedades delas anualmente.”
O próximo passo seria ver que tipo de sinais devemos procurar em
nossos detectores gravitacionais — seja LIGO e Virgem, que funcionam hoje, ou
futuros instrumentos como o instrumento LISA da Agência Espacial Europeia.
“Agora [devemos] calcular qual seria a frequência dessa radiação
gravitacional, e entender como poderíamos medi-la e identificá-la”, disse Helvi
Witek, astrofísico da Universidade de Illinois, Urbana-Champaign. “O próximo
passo é ir desse estudo teórico muito agradável e importante para descobrirmos
qual seria a assinatura.”
Há muitas razões para fazê-lo. Embora as chances de uma detecção
que prove que o artigo esteja correto sejam pequenas, tal descoberta não só desafiaria
a teoria da relatividade geral de Einstein, mas provaria a existência de
buracos negros quase extremos.
“Adoraríamos saber se a
natureza permitiria que tal monstro existisse”, disse Khanna. “Teria
implicações muito dramáticas para o nosso campo.” [Wired]
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