O que existe do outro lado dos buracos negros? - Mistérios do Universo

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10 de outubro de 2019

O que existe do outro lado dos buracos negros?

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Imagine que você está prestes a pular em um buraco negro. O que poderia esperar se - contra todas as probabilidades - você sobreviver de alguma forma? Onde você terminaria e que histórias tentadoras você seria capaz de apreciar se conseguisse clamar pelo caminho de volta?


A resposta simples para todas essas perguntas é, como o professor Richard Massey explica: "Quem sabe?" Como pesquisador da Royal Society no Instituto de Cosmologia Computacional da Universidade de Durham, Massey tem plena consciência de que os mistérios dos buracos negros são profundos. "Cair em um horizonte de eventos está literalmente passando além do véu - quando alguém passa por ele, ninguém pode enviar uma mensagem de volta", disse ele. "Eles seriam rasgados em pedaços pela enorme gravidade, por isso duvido que alguém que caia chegue a algum lugar."

Se isso soa como uma resposta decepcionante - e dolorosa -, é de se esperar. Desde que se considerou que a teoria geral da relatividade de Albert Einstein previa buracos negros ligando o espaço-tempo à ação da gravidade, sabe-se que os buracos negros resultam da morte de uma estrela maciça deixando para trás um núcleo remanescente pequeno e denso. Supondo que esse núcleo tenha mais do que aproximadamente três vezes a massa do sol, a gravidade seria esmagadora a tal ponto que cairia sobre si mesmo em um único ponto ou singularidade, entendido como o núcleo infinitamente denso do buraco negro. 

O buraco negro inabitável resultante teria uma força gravitacional tão poderosa que nem a luz poderia evitá-la. Então, se você se encontrar no horizonte de eventos - o ponto em que a luz e a matéria só podem passar para dentro, como proposto pelo astrônomo alemão Karl Schwarzschild - não há escapatória. Segundo Massey, as forças da maré reduziriam seu corpo em filamentos de átomos (ou "espagetificação", como também é conhecido) e o objeto acabaria por ser esmagado pela singularidade. A ideia de que você poderia aparecer em algum lugar - talvez do outro lado - parece totalmente fantástica.

Que tal um buraco de minhoca?

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

Essa ideia está flutuando há algum tempo: Einstein se uniu a Nathan Rosen para teorizar pontes que conectam dois pontos diferentes no espaço-tempo em 1935. Mas ganhou um novo terreno nos anos 80, quando o físico Kip Thorne - um dos líderes mundiais os principais especialistas nas implicações astrofísicas da teoria da relatividade geral de Einstein - levantaram uma discussão sobre se os objetos poderiam viajar fisicamente através deles.

"A leitura do popular livro de Kip Thorne sobre buracos de minhoca foi o que mais me empolgou com a física quando criança", disse Massey. Mas não parece provável que existam buracos de minhoca.

De fato, Thorne, que emprestou seu conselho de especialistas à equipe de produção do filme de Hollywood Interstellar, escreveu: "Não vemos objetos em nosso universo que possam se tornar buracos de minhoca à medida que envelhecem", em seu livro "The Science of Interstellar" (WW Norton e Companhia, 2014). Thorne disse ao Space.com que as viagens por esses túneis teóricos provavelmente permaneceriam ficção científica, e certamente não há evidências firmes de que um buraco negro possa permitir essa passagem. 


Conceito artístico de um buraco de minhoca. Se existirem buracos de minhoca, eles podem levar a outro universo. Mas não há evidências de que os buracos de minhoca sejam reais ou que um buraco negro funcionaria como um.  (Crédito da imagem: Shutterstock). 

Mas, o problema é que não podemos chegar perto para ver por nós mesmos. Ora, não podemos sequer tirar fotografias de qualquer coisa que ocorra dentro de um buraco negro - se a luz não puder escapar de sua imensa gravidade, nada poderá ser capturado por uma câmera. Tal como esta, a teoria sugere que qualquer coisa que vá além do horizonte de eventos é simplesmente adicionada ao buraco negro e, além do mais, porque o tempo se distorce perto desse limite, isso parece ocorrer incrivelmente lentamente, para que as respostas não sejam 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 fracos quando se aproximarem do horizonte de eventos [como resultado do desvio gravitacional do vermelho]. Mas o amigo cai direto para um coloque além de 'para sempre'. O que quer que isso signifique. "

Talvez um buraco negro leve a um buraco branco

Certamente, se os buracos negros levarem a outra parte de uma galáxia ou outro universo, haveria algo oposto a eles do outro lado. Poderia ser um buraco branco - uma teoria apresentada pelo cosmólogo russo Igor Novikov em 1964. Novikov propôs que um buraco negro se liga 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 possível conexão entre buracos negros e brancos. Em seu estudo de 2014 publicado na revista Physical Review D, os físicos Carlo Rovelli e Hal M. Haggard afirmaram que "existe uma métrica clássica que satisfaz as equações de Einstein fora de uma região finita do espaço-tempo, onde a matéria entra em colapso em um buraco negro e emerge da um buraco enquanto ". 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, experimentaria um salto quântico, permitindo que as informações escapassem. Nesse caso, esclareceria uma proposta do ex-cosmólogo e físico teórico Stephen Hawking da Universidade de Cambridge que, na década de 1970, explorou a possibilidade de que buracos negros emitissem 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 poderia causar um buraco negro a perder energia, diminuir e desaparecer, como descrito em seu artigo de 1976 publicado na Physical Review D. Dadas suas alegações de que a radiação emitida seria aleatória e não conteria informações sobre o que havia caído, o buraco negro, após sua explosão, apagaria muitas informações.

Isso significava que a ideia de Hawking estava em desacordo com a teoria quântica, que diz que a informação não pode ser destruída. A informação dos estados da física se torna mais difícil de encontrar porque, se se perder, torna-se impossível conhecer o passado ou o futuro. A idéia 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 declarou que havia cometido um erro durante uma conferência científica em Dublin, em 2004.

Então, voltamos ao conceito de buracos negros emitindo informações preservadas e lançando-as de volta através de um buraco branco? Talvez. Em seu estudo de 2013 publicado na Physical Review Letters , Jorge Pullin, da Universidade Estadual da Louisiana, e Rodolfo Gambini, da Universidade da República, em Montevidéu, Uruguai, aplicaram a gravidade quântica em loop a um buraco negro e descobriram que a gravidade aumentava em direção ao núcleo, mas reduzia e diminuía. o que quer que estivesse entrando em outra região do universo. Os resultados deram credibilidade extra à idéia 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. Isso também significa que as informações não desaparecem.

Talvez os buracos negros não cheguem a lugar algum

No entanto, os físicos Ahmed Almheiri, Donald Marolf, Joseph Polchinski e James Sully ainda acreditavam que Hawking poderia estar envolvido em alguma coisa. 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 gigantesca parede 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 pode entrar. 

Isso, no entanto, viola a teoria geral da relatividade de Einstein. Alguém que atravessa o horizonte de eventos não deve sentir muita dificuldade, porque um objeto entraria em queda livre e, com base no princípio da equivalência, esse objeto - ou pessoa - não sentiria os efeitos extremos da gravidade. Poderia seguir as leis da física presentes em outras partes do universo, mas mesmo que não fosse contra o princípio de Einstein, minaria a teoria quântica de campos ou sugeriria que a informação pode ser perdida. 


Impressão artística de um evento de perturbação das marés que ocorre quando uma estrela passa muito perto de um buraco negro supermassivo.  (Crédito da imagem: Revista All About Space)
Um buraco negro de incerteza 

Em 2014, Stephen Hawking publicou um estudo no qual evitou a existência de um horizonte de eventos - o que significa que não há nada para queimar - dizendo que o colapso gravitacional produziria um 'horizonte aparente'.

Esse horizonte suspendia os raios de luz tentando se afastar do centro do buraco negro e persistia por um "período de tempo". Ao repensar, os horizontes aparentes retêm temporariamente matéria e energia antes de dissolvê-los e liberá-los mais tarde. Essa explicação se encaixa melhor na teoria quântica - que diz que as informações não podem ser destruídas - e, se alguma vez foi comprovada, sugere que qualquer coisa poderia escapar de um buraco negro.

Hawking chegou a dizer que os buracos negros podem nem existir. "Buracos negros devem ser redefinidos como estados limitados metaestáveis ​​do campo gravitacional", escreveu ele. Não haveria singularidade e, embora o campo aparente se movesse para dentro devido à gravidade, ele nunca chegaria ao centro e seria consolidado dentro de uma massa densa. 

E, no entanto, tudo o que é emitido não terá a forma de informações ingeridas. Seria impossível descobrir o que aconteceu observando o que está saindo, o que causa problemas próprios - não menos importante, digamos, para um humano que se encontrou em uma posição tão alarmante. Nunca mais sentiriam o mesmo! 

Uma coisa é certa: esse mistério em particular vai custar muitas 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 'cabelos macios' foi 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 informações não é perdida, mas capturada.

Isso ocorreu diante do teorema sem-cabelos expresso pelo físico John Archibald Wheeler e trabalhou com base no fato de que dois buracos negros seriam indistinguíveis para um observador porque nenhuma das pseudo-cargas especiais da física de partículas seria conservada. É uma ideia que tem cientistas falando, mas ainda há um caminho a percorrer antes de ser vista como a resposta para onde os buracos negros levam. Se pudéssemos encontrar uma maneira de pular em um.

Referências: Space
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