Como os buracos negros evaporam? Explicando a Radiação Hawking

Nada dura para sempre, nem mesmo os buracos negros. De acordo com Stephen Hawking, os buracos negros se evaporam durante vastos períodos de tempo. Mas como, exatamente, isso acontece?

O autor Stephen Hawking talvez seja mais conhecido por suas aparições em Futurama e Star Trek, mas muitos se surpreendendem ao descobrir que ele também é um astrofísico teórico. Recentemente, foi lançado o filme "Teoria de Tudo" que conta uma pequena biografia de Hawking. Há alguma coisa que esse cara não possa fazer?

Uma das teorias mais fascinantes com que ele traz é que os buracos negros, os imponentes do universo, na verdade podem evaporar durante vastos períodos de tempo.

A Teoria Quântica sugere que há partículas virtuais (flutuações quânticas de vácuo) estourando dentro e fora da existência, o tempo todo. Quando isso acontece, surge uma partícula e sua antipartícula, e então elas se recombinam e desaparecerem de novo.

Quando isto ocorre perto de um horizonte de eventos, coisas estranhas acontecem. Em vez das duas partículas existirem por um momento e então aniquilar umas com as outras, uma partícula pode cair dentro do buraco negro, e a outra partícula pode voar para o espaço. Ao longo de grandes períodos de tempo, a teoria diz que este gotejamento de escapar partículas faz com que o buraco negro se evapore.

Mas espere, se estas partículas virtuais estão caindo dentro do buraco negro, isso não deveria fazê-lo com que sua massa crescesse? Como isso faz com que ele evarope? Se eu adicionar pedras de uma pedreira, minha pilha de rocha não ficaria maior?

Resume a perspectiva. Do ponto de vista de um observador externo olhando horizonte de eventos do buraco negro, parece como se houvesse um brilho de radiação proveniente do buraco negro. Se isso era tudo o que estava acontecendo, violaria a lei da termodinâmica, uma vez que a energia pode ser criada nem destruída. Como o buraco negro está agora emitindo energia, precisa-se de um pouco de sua massa para fornecê-la.

Vamos tentar outra maneira de pensar sobre isso. Um buraco negro tem uma temperatura. Quanto mais massivo ele for, menor sua temperatura, embora não seja ainda zero.

A partir de agora e até bem longe no futuro, a temperatura dos maiores buracos negros serão mais frias que a temperatura do fundo do próprio universo. A Luz da Radiação Cósmica de Fundo vai cair, aumentando sua massa.

Agora, avance para quando a temperatura do fundo do universo cair abaixo até mesmo os buracos negros mais frios. Então, eles lentamente vão irradiar o calor, que deve vir do buraco negro convertendo sua massa em energia.

A velocidade com que isso acontece depende da massa. Para buracos negros com massa estelares, pode levar 10^67 (10 elevado à 67) anos para que ele evapore completamente.

Já para o maior dos maiores dos buracos negros supermassivos dos núcleos de galáxias, o número passaria  para 10^100. Isso é um 1, seguido por 100 zero de anos. Esse é o número enorme, mas assim como qualquer número gigantesco ele é finito, é ainda menos que infinito. Assim, ao longo de uma incompreensível quantidade de tempo, mesmo a mais longa vida de objetos do universo – nossos poderosos buracos negros – vão desaparecer em energia.

Visualizado em luz visível, o 739 Markarian se assemelha a um rosto sorridente. No interior estão dois buracos negros supermassivos, separados por cerca de 11.000 anos-luz. A galáxia está a 425 milhões anos-luz da terra. Crédito: Sloan Digital Sky Survey

Uma última coisa, o Grande Colisor de Hádrons pode ser capaz de gerar os buracos negros microscópicos, que iriam durar por uma fração de segundo e desaparecerem em uma explosão de radiação de Hawking.

Nada é eterno, nem buracos negros. Sobre os quadros de tempo mais longos... nós temos certeza que eles vão evaporar-se além e para o nada. Escanteando nossa frágil e limitada condição e tempo de vida aqui na Terra, a única maneira de descobrir é sentar e assistir.

Traduzido e adaptado de: Phys