Teóricos tentam unir novas descobertas sobre buracos negros à Teoria das Cordas

Se você acha buracos negros complicados demais, essa pode ser uma boa notícia: talvez eles não existam — pelo menos não da forma como os astrofísicos teorizam. É que os defensores da Teoria das Cordas encontraram uma forma de explicar esses objetos misteriosos de modo que se encaixem no modelo das cordas, e isso talvez traga algum conforto para os que não conseguem assimilar a ideia da existência de uma singularidade.

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Os buracos negros foram previstos pela teoria da relatividade geral de Albert Einstein. De acordo com o físico alemão, se um aglomerado de matéria se reduz a um volume infinitamente minúsculo, a gravidade que ele exerce pode se tornar tão forte que superaria a velocidade da luz. Essa atração gravitacional inimaginável compete com qualquer uma das outras quatro forças fundamentais da natureza — eletromagnetismo, a força nuclear fraca, e a força forte. Esse ponto infinitamente pequeno é chamado de singularidade, mas ele não deveria existir.

Sabendo que buracos negros eram impossíveis, os astrônomos os encontraram. Mesmo que não fosse possível vê-los, eles possuíam todas as características necessárias, e recentemente até conseguiram fotografar o que há ao redor de um deles. Mas as coisas ficaram muito confusas quando Stephen Hawking percebeu que buracos negros evaporam lentamente, o que nos deixou com um paradoxo que parece impossível de solucionar: todas as informações que caem em um buraco negro ficam lá dentro, mas a radiação de Hawking consegue sair sem levar nenhuma informação consigo. O que acontece com as informações?

Outro problema dos buracos negros é sobre a gravidade da singularidade, onde a teoria convencional diz que há curvatura do espaço-tempo infinita devido a um campo gravitacional infinitamente intenso, em uma região de volume zero. Fez algum sentido? Pois é, a física é violada quando temos os parâmetros "infinitos" e "zero". Para resolver isso, alguns optam por buscar modelos menos convencionais para a física. Por exemplo, a Teoria das Cordas.

A Teoria das Cordas (e a Teoria de Tudo)

A Teoria das Cordas é um modelo físico que tenta explicar tudo o que existe através de objetos extensos unidimensionais, semelhantes a uma corda. Neste modelo, não há exatamente partículas na forma de pontos sem dimensão. Como você deve imaginar, é uma teoria polêmica que descarta alguns dos princípios básicos da física tradicional. Mesmo assim, são ideias interessantes que consegue, de certa forma, explicar coisas até então inexplicáveis.

Bem, essas cordas seriam a base fundamental de toda a matéria no universo, mas não podemos vê-las porque, claro, são muito pequenas. Além disso, precisamos de dimensões extras, minúsculas, enroladas em si mesmas em escalas subatômicas, para que tudo isso funcione. Então, essas cordas vibram em diferentes frequências para formar diferentes partículas elementares da matéria.

A Teoria das Cordas busca ser a Teoria de Tudo — uma única teoria que seja capaz de explicar todo tipo de partícula, todo tipo de força e basicamente tudo no universo. Ela ainda não foi encontrada, e as cordas ainda não foram aceitas para ocupar este lugar, já que não há evidências o suficiente para comprová-las. Mesmo assim, os teóricos continuam em sua busca.

Se a Teoria das Cordas quiser se firmar como Teoria de Tudo, ela precisa explicar os buracos negros. Ou substituí-los por algo que faça sentido. Na física atual, a matemática e a própria lógica que conhecemos deixam de fazer sentido quando ultrapassamos o horizonte de eventos, que é uma área ao redor da singularidade, da qual nada pode escapar, nem mesmo a luz (por isso o buraco é tão escuro). Bem, os teóricos das cordas finalmente propuseram uma explicação menos assustadora para os buracos negros — as bolas peludas (tradução livre do termo fuzzballs, em inglês).

Bolas peludas?

Nas bolas peludas, as cordas deixam de vibrar juntas como fazem para formar as partículas fundamentais do universo e simplesmente se aglomeram, tornando-se uma grande… bola de pelo. Um novelo de lã, daqueles que seu gato adora transformar em brinquedo. Só que ao nível subatômico e em proporções cósmicas. O conceito ainda não foi completamente elaborado, já que a própria noção de cordas ainda carece de observações e soluções matemáticas, mas claro, os teóricos podem trabalhar com a ideia.

Para não deixar confusão, uma fuzzball é um buraco negro. O espaço-tempo, os fótons e toda a matéria são afetados por uma fuzzball exatamente da mesma maneira que descreve o modelo clássico de buracos negros. As teorias diferem apenas no nível quântico, ou seja, na composição interna sub-atômica. As coisas também mudam quando o assunto são as partículas que se formam perto do horizontes de eventos (a radiação Hawking). Assim, a teoria da fuzzball seria a descrição quântica definitiva dos buracos negros.

Não é uma ideia exatamente nova. Samir D. Mathur e Oleg Lunin propuseram as fuzzballs em 2002, e trouxeram algumas explicações que, na época, eram satisfatórias. Por exemplo, a superfície física dessa bola de cordas teria um raio igual ao do horizonte de eventos de um buraco negro clássico. Em ambos os modelos, o raio de buraco negro (ou de uma fuzzball) com 6,8 massas solares seria de 20 km. Não foram meras suposições, e sim resultados de cálculos utilizando o modelo da Teoria das Cordas.

Acontece que a ciência sobre os buracos negros avançou — e muito — nos últimos anos. Embora a descoberta desses objetos tenha sido praticamente ontem (em comparação com a história da astronomia humana), os cientistas já podem a medir algumas de suas propriedades através de ondas gravitacionais, que começaram a ser detectadas há poucos anos. Esse tipo de detecção revolucionou a ciência e já podemos até mesmo analisar a colisão entre dois buracos negros.

Enquanto isso, os teóricos das fuzzballs precisam saber se as novas descobertas fazem sentido no modelo da Teoria as Cordas. É isso o que o novo artigo disponível no arXiv (e aguardando revisão de pares para ser publicado em um periódico científico) tenta fazer. O estudo ainda é inconclusivo, mas, se evidências de fuzzballs forem encontradas, poderemos não apenas descobrir a essência dos buracos negros, como também acessar um dos segredos mais ocultos do cosmos — a Teoria de Tudo.

Fonte: Space.com