Teoria de Stephen Hawking é confirmada por colisão entre dois buracos negros

Buracos negros podem ser muito contraditórios, especialmente se as ideias de Stephen Hawking estiverem corretas — e aparentemente estão. Em março, um estudo fortaleceu a hipótese da radiação Hawking, através da qual um buraco negro pode encolher até evaporar. Contudo, uma nova pesquisa confirma que a área de buracos negros não pode encolher. Por mais conflitantes que essas afirmações pareçam ser, ambas podem estar corretas.

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Na década de 1970, Hawking, com os cientistas James Bardon e Brandon Carter, postulou as quatro leis da mecânica dos buracos negros. Para alguns, elas pareciam um paralelo com as leis da termodinâmica, mas Hawking era relutante à ideia de juntar a entropia aos buracos negros. E naquela época, havia um bom motivo para isso: não podia haver entropia sem radiação, e buracos negros não seriam capazes de emitir nenhum tipo de energia (ou radiação).

Essa convicção de Hawking se despedaçou poucos anos depois, como veremos mais adiante. Mas a segunda lei da mecânica dos buracos negros é particularmente interessante: a área de um buraco negro jamais poderia diminuir de tamanho. A “área de um buraco negro” é o espaço além do horizonte de eventos, que é o ponto de onde nada, nem a luz, pode escapar. Se nada pode sair de um buraco negro, ele não pode encolher, apenas crescer. Um meio de fazer buracos negros crescerem é deixar alguma matéria cair dentro deles, mas e se juntarmos dois buracos negros?

Os autores do novo estudo estavam atrás da resposta para essa pergunta e, para isso, analisaram os dados de um evento cósmico catalogado como GW150914 — a primeira detecção de ondas gravitacionais feita por seres humanos. Essas ondas, detectadas em 2015, foram o resultado de um grande impacto e subsequente fusão entre dois buracos negros. O evento GW150914 se tornou um marco para a física, pois com ele, as teorias de Einstein na Relatividade Geral foram confirmadas mais uma vez.

Pois bem, se a mecânica de Hawking estiver correta, essa colisão entre dois buracos negros deve necessariamente resultar em um buraco negro de área maior que a dos buracos negros originais. Mas isso pode contrariar outra propriedade teórica da física dos buracos negros: se puderem girar rápido o suficiente, eles encolheriam. Rotação não é um problema para esses objetos; aliás, quando estavam em rota de colisão, os buracos negros do evento GW150914 estavam girando bem rápido. Mas será que eles encolheram no final do processo? Ou a segunda lei da mecânica de Hawking falou mais alto?

De acordo com o novo estudo, a mecânica de Hawking se provou correta. As analisar aquelas ondas gravitacionais, os autores as dividiram em duas — pré-fusão e fusão, ou seja, antes e depois da colisão entre os dois buracos negros. Eles descobriram que as ondas primeiro espiralavam uma em direção à outra em alta velocidade e, após se fundirem, se transformaram em uma única onda correspondente a um buraco negro de área maior que a área dos buracos negros individuais correspondentes às duas ondas pré-fusão.

Isso deixa os cientistas com mais de 95% de confiança na lei da área dos buracos negros de Hawking. Os autores disseram que esses resultados correspondem ao que eles esperavam encontrar, e também afirmaram que não podemos girar um buraco negro o suficiente para fazer com que ele diminua. "Você fará com que ele gire mais, mas não o suficiente para contrabalançar a massa que acabou de adicionar", disse Maximiliano Isi, autor principal da pesquisa. "Faça o que fizer, a massa e o giro farão com que você fique com uma área maior”, completou.

Mas ainda restam problemas para resolver, como a radiação Hawking, que é consequência da incompatibilidade entre a Relatividade Geral e a mecânica quântica. Lembra que as convicções de Hawking sobre a entropia e buracos negros se despedaçaram alguns anos após postular suas quatro leis da mecânica? Isso aconteceu quando ele descobriu que buracos negros podem emitir uma certa radiação e evaporar, graças ao Princípio da Incerteza de Heisenberg, e tal ideia revolucionária foi parcialmente evidenciada em experimentos de laboratório.

Por enquanto, esse paradoxo pode ser resolvido com o prazo que os buracos negros têm para evaporar. “Estatisticamente, durante um longo período de tempo, a lei é violada”, disse Isi. "É como água fervente, você obtém vapor saindo de sua panela, mas se você olhar apenas para a água que desaparece dentro dela, você pode ficar tentado a dizer que a entropia da panela está diminuindo. Mas se você tomar o vapor em consideração também, sua entropia geral aumentou. É o mesmo com os buracos negros e a radiação Hawking”.

Em outras palavras, levará tanto tempo para os buracos negros evaporarem — mais que a idade atual do universo — que provavelmente eles serão os últimos objetos a “morrerem” no universo. E com a emissão da radiação Hawking, podemos dizer que a entropia é mantida mesmo assim. Desse modo, a segunda lei da mecânica dos buracos negros é mantida e os pesquisadores podem se concentrar nos próximos passos, que é analisar mais ondas gravitacionais. "Estou obcecado por esses objetos por causa do quão paradoxais eles são”, disse Isi. “Eles são extremamente misteriosos e confusos, mas, ao mesmo tempo, sabemos que são os objetos mais simples que existem”.

Fonte: Space.com