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Estrelas de vácuo podem resolver mistério dos buracos negros

Por| Editado por Luciana Zaramela | 28 de Maio de 2024 às 15h18

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NASA/Caltech/R. Hurt (IPAC)
NASA/Caltech/R. Hurt (IPAC)

Buracos negros estão sendo cada vez mais compreendidos, mas ainda é difícil dizer o que acontece dentro deles, já que uma das principais hipóteses viola as leis da física. Agora, um novo estudo publicado por brasileiros sugere que buracos negros são, na verdade, algo chamado gravastars.

Os buracos negros são áreas no espaço-tempo onde a matéria se tornou tão densa seu poder gravitacional se torna o mais implacável do universo. Se alguma ultrapassar o horizonte de eventos de um buraco negro, precisará de uma velocidade superior à da luz para escapar.

Por essa característica, os cientistas sabem que nem mesmo os fótons de luz — as coisas mais velozes de todo o cosmos — podem fugir, por isso os buracos negros são completamente invisíveis. Uma vez que a luz não reflete de volta após atingir o titã cósmico, não podemos visualizar nenhuma imagem do objeto.

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Sem ver o que há por trás do horizonte de eventos, é impossível descobrir como é um buraco negro por dentro. É como se quiséssemos saber como é a superfície de um planeta sem poder enxergar nem mesmo sua atmosfera mais externa.

De acordo com as teorias previstas pela relatividade geral de Albert Einstein, o interior de um buraco negro deve ser algo conhecido como singularidade — um ponto de tamanho nulo e infinitamente denso. Contudo, “infinito” é um conceito não reconhecido pela física, nem pela matemática que a descreve, o que torna a singularidade um tema controverso.

O fato de haver um “infinito” nos cálculos indica que os modelos utilizados atualmente estão incompletos, ou que buracos negros não são exatamente o que se imagina. É aqui onde as novas tentativas de explicar os buracos negros exercem seu papel fundamental de buscar todas as possíveis soluções, por mais estranhas que pareçam.

Uma dessas soluções é a gravastar, um tipo de objeto hipotético proposto em 2001 para substituir buracos negros por estrelas peculiares. O interessante dessa ideia é que ela incorpora princípios da mecânica quântica, algo que a teoria relacionada aos buracos negros se baseia na relatividade geral — que não só ignora o mundo quântico, como é incompatível com ele.

Se nos modelos aceitos atualmente as estrelas massivas explodem e, devido à suas massas, colapsam em buracos negros, na hipótese das gravastars o resultado do colapso é uma estrela gravitacional de vácuo condensada (daí o nome, que deriva de Gravitational Vacuum Star). Nela, ocorre uma transição de fase que limita o colapso da estrela antes que a singularidade ocorra.

A proposta de 2001 foi submetida à revista científica Physical Review Letters, mas não foi publicada e, de certa forma, caiu no esquecimento. Agora, um artigo publicado na Physical Review D por uma equipe brasileira fez uma análise mais detalhada do modelo matemático de gravastar.

Para investigar se as gravastars correspondem às observações dos buracos negros, os autores analisaram como seria a interação entre as partículas com esses objetos hipotéticos. Eles também examinaram como a massa de matéria quente ao redor de buracos negros supermassivos (discos de acreção) se comportariam.

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O resultado foi uma semelhança impressionante entre as propriedades prevista para as gravastars e as observações reais daquilo que cientistas chamam de buracos negros, com a diferença crucial de que não existe nenhuma singularidade.

Além disso, a sombra dos buracos negros causada pelo horizonte de eventos (aquela região de onde a luz não escapa) seria, na verdade, causada por “um fenômeno ligeiramente diferente chamado ‘desvio para o vermelho gravitacional’, que faz com que a luz perca energia quando se move através de uma região com um forte campo gravitacional”, disse João Luiz Rosa, principal autor do estudo.

Ele completa dizendo que "de fato, quando a luz emitida por regiões próximas destes objetos alternativos alcança os nossos telescópios, a maior parte da sua energia teria sido perdida para o campo gravitacional, causando o aparecimento desta sombra".

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Isso mostra que a pesquisa sobre gravastars pode se provar promissora, embora muito trabalho ainda seja necessário. “Para testar experimentalmente os nossos resultados, contamos com a próxima geração de experiências observacionais em física gravitacional", disse Rosa. Até lá, os buracos negros “tradicionais” permanecerão como os modelos mais aceitos pela comunidade científica.

Fonte:  Physical Review D, Space.com