Uma das mensagens mais profundas que Stephen Hawking deixou à humanidade é que nada dura para sempre – e, finalmente, os cientistas podem estar prontos para provar isso.
Esta ideia foi transmitida pelo que foi indiscutivelmente Hawking trabalho mais importante: a hipótese de que os buracos negros “vazam” radiação térmica, evaporando no processo e encerrando sua existência com uma explosão final. Esta radiação acabaria por ser conhecida como “Radiação Hawking“em homenagem ao grande cientista. Até hoje, porém, é um conceito que permanece não detectado e puramente hipotético. Mas agora, alguns cientistas pensam que podem ter encontrado uma maneira de finalmente mudar isso; talvez em breve estejamos no caminho para cimentar Radiação Hawking como fato.
A equipe sugere que, quando buracos negros maiores colidem e se fundem catastroficamente, buracos negros minúsculos e quentes podem ser lançados no espaço – e essa pode ser a chave.
É importante ressaltar que Hawking disse que quanto menor for o buraco negro, mais rápido ele vazará a radiação Hawking. Então, buracos negros supermassivos com massas de milhões ou bilhões de vezes a do Sol, teoricamente levaria mais tempo do que o previsto vida do cosmos para “vazar” totalmente. Em outras palavras, como poderíamos detectar vazamentos tão imensos de longo prazo? Bem, talvez não possamos – mas quando se trata desses pedaços de buraco negro com massa de asteróide, apelidados de “Bocconcini di Buchi Neri” em italiano, podemos estar com sorte.
Pequenos buracos negros como estes podem evaporar e explodir numa escala de tempo que é de facto observável pelos humanos. Além disso, o fim da vida destes buracos negros deverá ser marcado por um sinal característico, diz a equipa, que indica a sua deflação e morte através da fuga de radiação Hawking.
Relacionado: Stephen Hawking queria que os cientistas “fizessem buracos negros” na Terra. A física diz que é possível.
“Hawking previu que os buracos negros evaporam emitindo partículas”, Francesco Sannino, um cientista por trás desta proposta e um físico teórico da Universidade do Sul da Dinamarca, disse ao Space.com. “Nós nos propusemos a estudar isso e o impacto observacional da produção de muitos pedaços de buracos negros, ou ‘Bocconcini di Buchi Neri’, que imaginamos se formando durante um evento catastrófico como a fusão de dois buracos negros astrofísicos.”
Pequenos buracos negros não conseguem manter a calma
A origem da radiação Hawking remonta a um Carta de 1974 escrita por Stephen Hawking chamado “Explosões de buracos negros?” que foi publicado na Nature. A carta surgiu quando Hawking considerou as implicações de física quântica sobre o formalismo dos buracos negros, fenômenos que surgem de Teoria da relatividade geral de Albert Einstein. Isto foi interessante porque a teoria quântica e a relatividade geral são duas teorias que resistem notoriamente à unificação, mesmo hoje.
A radiação Hawking tem permanecido preocupante e não detectada há 50 anos por duas razões possíveis: em primeiro lugar, a maioria dos buracos negros pode não emitir esta radiação térmica e, em segundo lugar, se o fizerem, pode não ser detectável. Além disso, em geral, os buracos negros são objetos muito estranhos e, portanto, complexos de estudar.
“O que é alucinante é que buracos negros têm temperaturas inversamente proporcionais às suas massas. Isto significa que quanto mais massivos eles são, mais frios eles são, e quanto menos massivos eles são, mais quentes eles são”, disse Sannino.
Mesmo nas regiões mais vazias do espaço, você encontrará temperaturas em torno de 454 graus Fahrenheit negativos (270 graus Celsius negativos). Isso se deve a um campo uniforme de radiação que sobrou logo após o Big Bang, chamado de “fundo cósmico de micro-ondas” ou “CMB”. Este campo também é frequentemente chamado de “fóssil cósmico”, devido à sua antiguidade. Além disso, de acordo com o segunda lei da termodinâmicao calor não deveria poder fluir de um corpo mais frio para um corpo mais quente.
“Buracos negros mais pesados do que algumas massas solares são estáveis porque são mais frios do que a CMB”, disse Sannino. “Portanto, espera-se que apenas buracos negros menores emitam radiação Hawking que poderia ser potencialmente observada.”
O autor da pesquisa, Giacomo Cacciapaglia, do Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica, disse ao Space.com que, como a grande maioria dos buracos negros no universo atual são de origem astrofísica, com massas que excedem algumas vezes a do Sol, eles não podem emitir radiação Hawking observável. .
“Apenas buracos negros mais leves que o lua pode emitir radiação Hawking. Propomos que este tipo de buraco negro pode ser produzido e ejectado durante uma fusão de buracos negros e começar a irradiar logo após a sua produção,” acrescentou Cacciapaglia. “Pedaços de buracos negros seriam produzidos em grande número nas proximidades de uma fusão de buracos negros.”
No entanto, estes buracos negros são demasiado pequenos para criar efeitos que permitam a sua visualização direta, como o Telescópio Horizonte de Eventos vem fazendo há buracos negros supermassivos focando no material brilhante que envolve tbainha.
A equipe sugere que existe uma assinatura única que poderia ser usada para indicar a existência desses pequenos buracos negros. Isso viria na forma de uma poderosa explosão de radiação de alta energia chamada explosão de raios gama ocorrendo na mesma região do céu onde uma fusão de buraco negro foi detectada.
Os pesquisadores disseram que esses buracos negros de Bocconcini di Buchi Neri irradiariam radiação Hawking cada vez mais rápido à medida que perdem massa, acelerando sua morte explosiva. Aqueles que possuem massas de cerca de 20.000 toneladas levariam cerca de 16 anos para evaporar, enquanto exemplos de pequenos buracos negros com massas de pelo menos 100.000 quilotons durariam potencialmente até centenas de anos.
A evaporação e destruição dos pedaços produziriam fótons excedendo a faixa de energia dos trilhões de elétron-volts (TeV). Para se ter uma ideia de quão energético isso é, Sannino disse que o CERN Grande Colisor de Hádrons (LHC) na Europa, o maior acelerador de partículas do planeta, colide frontalmente prótons com uma energia total de 13,6 TeV.
No entanto, os investigadores têm uma ideia de como detectar estes pequenos buracos negros à medida que evaporam. Primeiro, as fusões de buracos negros poderiam ser detectadas através da emissão de ondas gravitacionaisque são pequenas ondulações no espaço-tempo previstas por Einstein, emitidas quando os objetos colidem.
Os astrônomos poderiam então acompanhar essas fusões com telescópios de raios gama, como o Observatório de Raios Gama Cherenkov de Água de Alta Altitude, que pode detectar fótons com energias entre 100 Gigaelétron-volts (GeV) e 100 TeV.
A equipa reconhece que há um longo caminho a percorrer antes que a existência de pequenos buracos negros possa ser confirmada e, portanto, um longo caminho a percorrer antes de podermos validar a radiação Hawking de uma vez por todas.
“Como esta é uma ideia nova, há muito trabalho a fazer. Planejamos modelar melhor a emissão de radiação Hawking em altas energias além da escala TeV, onde nosso conhecimento da física de partículas se torna menos certo, e isso envolverá colaborações experimentais na busca por essas assinaturas únicas em seu conjunto de dados”, concluiu Cacciapaglia. “Num cronograma mais longo, pretendemos investigar em detalhe a produção de pedaços durante eventos astrofísicos catastróficos, como fusões de buracos negros.”
A pesquisa da equipe está disponível como artigo pré-impresso no repositório arXiv.
Postado originalmente em Espaço.com.
