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

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

Por Daniele Cavalcante | Editado por Patrícia Gnipper | 21 de Junho de 2021 às 18h30
Mark Myers/ARC

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.

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?

Quer ficar por dentro das melhores notícias de tecnologia do dia? Acesse e se inscreva no nosso novo canal no youtube, o Canaltech News. Todos os dias um resumo das principais notícias do mundo tech para você!

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.

Simulação da colisão entre dois buracos negros e das ondas gravitacionais resultantes (Imagem: Reprodução:Raúl Rubio/The Virgo Collaboration)

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.

Simulação de interação entre dois buracos negros (Imagem: Reprodução/Goddard Space Flight Center/Schnittman/Brian P. Powell)

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

Gostou dessa matéria?

Inscreva seu email no Canaltech para receber atualizações diárias com as últimas notícias do mundo da tecnologia.