A Radiação Hawking poderia ser observada em um buraco negro artificial?

A Radiação Hawking poderia ser observada em um buraco negro artificial?

Por Daniele Cavalcante | Editado por Patrícia Gnipper | 15 de Outubro de 2021 às 08h15
DESY Science Communication Lab

Uma nova proposta sugere a criação de um buraco negro artificial em miniatura para tentar observar a fugaz Radiação Hawking. Mas, calma! O experimento está longe de representar algum perigo, até porque não se trata de um buraco negro real, mas um análogo que simula algumas de suas características. Algumas dessas simulações são bem inofensivas, como tanques de água fluindo em ralos, mas a nova proposta é criar um circuito quântico.

Simulações de buracos negros artificiais para comprovar a Radiação Hawking já foram feitos antes, e os cientistas costumam obter êxito em observar sinais de que ela, de fato, existe. Um desses experimentos, realizado por cientistas israelenses, usou um condensado de Bose-Einstein para criar um "buraco negro" artificial capaz de capturar o som através de um "horizonte de eventos" (em um buraco negro real, o horizonte de eventos captura até mesmo a luz, por isso não podemos vê-los).

Na verdade, a equipe israelense repete os testes desde 2016, incontáveis vezes. Em 2019, por exemplo, eles conseguiram observar algo semelhante ao que seria a Radiação Hawking. Contudo, o buraco negro dos cientistas de Israel — vamos chamá-lo de buraco sônico, por capturar o som — não é tão poderoso quanto deveria para demonstrar a verdadeira Radiação Hawking.

Devido a essas limitações, os cientistas ainda não estão muito convencidos, e querem produzir algo que se pareça mais com um buraco negro real. Por isso, um estudo conduzido por Haruna Katayama, estudante de doutorado na Universidade de Hiroshima, Japão, propõe um circuito quântico que atua como análogo a um buraco negro. A proposta também inclui um buraco branco.

Esquema da proposta de buraco negro de laser (Imagem: Reprodução/Katayama/Scientific Reports)

Neste circuito elétrico, haverá um metamaterial projetado para permitir um movimento supraluminal, ou seja, mais rápido do que a luz. Embora a velocidade da luz no vácuo seja inalcançável, as regras mudam de acordo com o meio onde ela se propaga. Esse metamaterial abrange o espaço entre os horizontes de evento do buraco negro artificial e "torna possível para a Radiação Hawking viajar para frente e para trás entre os horizontes", disse Katayama.

Para isso, a pesquisadora pretende contar com algo conhecido como efeito Josephson, ou supercorrente, uma corrente que flui continuamente sem nenhuma tensão aplicada, através de um dispositivo chamado junção Josephson. Além disso, ela sugere que o circuito pode produzir um soliton, forma de onda auto-reforçada que consegue manter sua velocidade e formato até que o sistema seja interrompido por fatores externos.

Caso você esteja se perguntando o que é a Radiação Hawking, trata-se de uma radiação emitida espontaneamente por buracos negros devido às "partículas virtuais". Conforme o Princípio da Incerteza de Heisenberg, pares de partículas emaranhadas se formam por breves instantes no universo, apenas para se anularem — pois se trata de uma partícula e de uma antipartícula.

Ao se desintegrarem, as partículas virtuais anulam a energia que foi necessária para sua formação, mantendo a termodinâmica do universo em ordem. Mas se uma delas for capturada por um buraco negro, a outra não poderia mais ser anulada, o que viola princípios sobre tudo o que sabemos sobre o universo. Ainda assim, a partícula livre (por alguma razão apenas compreensíveis se mergulharmos na matemática extremamente complexa) escapa em alta velocidade para longe. 

(Imagem: Reprodução/E. Siegel)

Esse foi um paradoxo apresentado por Stephen Hawking, e a solução foi aquilo que ficou conhecido como Radiação Hawking. Grosso modo, a energia necessária para anular a partícula que sobrou isso vem do próprio buraco negro. A partícula engolida por ele, tendo energia negativa, fica limitada e subtrai uma minúscula energia na forma de massa do buraco negro, de modo que ele lentamente perde energia e massa nesse processo. 

A partícula que escapa deixa de ser virtual e se torna real, mas a Radiação Hawking reduz ligeiramente a massa e a energia rotacional do buraco negro para manter em ordem a termodinâmica e, assim, nenhuma massa é adicionada ao universo e nada escapa realmente do buraco negro. Ainda assim, a perda de massa fará com que o buraco negro "evapore" até desaparecer. 

De acordo com Katayama, a partícula emaranhada observável carrega a sombra de sua parceira, que foi puxada pelo buraco negro. Então, é possível que a correlação quântica entre ambas seja determinada matematicamente sem a observação simultânea do par. “A detecção desse emaranhamento é indispensável para a confirmação da Radiação Hawking”, disse Katayama, que também adverte que a Radiação Hawking produzida em laboratório é diferente daquela prevista para ocorrer em buracos negros reais.

Fonte: Hiroshima University

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