25 de jun de 2018

Os buracos negros morrem?

Qual é o fim de um buraco negro? Se eles têm uma data de validade, como ocorre seu fim?
Existem algumas coisas no Universo que não podemos escapar. A morte... a criação de novas estrelas... e é claro, os buracos negros.  Os buracos negros têm um apetite voraz. Eles consomem qualquer coisa, e tudo que eles encontram em sua galáxia vai sendo consumido. E isso faz com que ele fique mais massivo, e com isso, seu poder gravitacional aumenta cada vez mais. Um ciclo sem fim. Uma vez que você atravessa o horizonte de eventos, você não sai mais. Nem mesmo a luz pode escapar de seu poder.

Mas será que os buracos negros têm um ponto fraco?

Na década de 1970, o físico-teórico Stephen Hawking realizou uma descoberta notável através de cálculos matemáticos complexos e um pouco de mecânica quântica: os buracos negros brilham ligeiramente, e dado tempo suficiente, eles se dissolvem.

Até que enfim! Então quer dizer que até mesmo um buraco negro morre certo? Essa teoria ganhou o nome de "Radiação Hawking". Mas como ela funciona?

Os cálculos explicam tudo. Mas matemática, física e mecânica quântica não é algo que se aprende de uma hora pra outra. Então pra todo mundo entender como a Radiação Hawking funciona, podemos dizer que no vácuo, um par de "partículas virtuais" aparecem do nada, e ao colidirem entre si, desaparecem da mesma forma. Sim, parece mágica né?

Mas de vez em quando, um par dessas partículas virtuais surgem perto de um horizonte de eventos, e às vezes, uma delas cai pra dentro do buraco negro, e a outra fica solta. Incapaz de colidir com seu par pra evaporar, o fugitivo se torna uma partícula comum e não virtual. Isso faz o buraco negro "brilhar", e também faz com que ele ceda parte de sua matéria. Ao longo dos eons, os buracos negros então se dissolvem.  Mas tem algumas coisas que não fazem sentido, não é mesmo? Que tal irmos um pouco mais a fundo?

Radiação de Hawking

Primeiramente, "partículas virtuais" não são partículas, e nem são virtuais também. Na teoria quântica (que busca entender como as partículas e as forças funcionam), todo tipo de partícula está associada a um campo que permeia todo o espaço-tempo. Esses campos são ativos e vivos, e são mais importantes do que a própria partícula em si. Podemos pensar em partículas como "excitações" ou "vibrações" de um campo ao seu redor.

Quando esses campos se mexem, os movimentos viajam de um lugar a outro, e isso é o que chamamos de partícula. Quando o campo dos elétrons vibra, temos um elétron. Quando o campo eletromagnético vibra, temos um fóton, e por aí vai...

Às vezes, no entanto, essas vibrações falham e não fazem nada, antes mesmo de gerar uma partícula, por exemplo. Sim, o espaço-tempo é cheio de falhas nos campos de partículas. Sim, podem não ser falhas, mas por enquanto vamos tratar como se assim fossem...

Algumas dessas "vibrações falhadas" podem ficar presas durante a formação de um buraco negro, aparecendo no horizonte de eventos, e assim, "sobrevivem" e escapam. Mas devido a dilatação intensa do espaço-tempo causada pelo buraco negro, elas parecem sair de lá muito mais no futuro.

Isso as torna partículas normais, e é basicamente assim que funciona a "radiação Hawking", e isso explica como os buracos negros "perdem massa" através da ejeção de radiação.  Sim, esse é um assunto complicado, complexo e controverso. Nem todos os cientistas acreditam e se baseiam na teoria da Radiação Hawking, mas ela existe e essa é sua explicação básica.

Mas afinal, qual é o fim de um buraco negro?

De acordo com a teoria de Hawking, todos os buracos negros se dissolvem, mas isso leva muito tempo. Um buraco negro com massa igual a do Sol, levaria muitos milhões ou até bilhões de anos para se dissolver. Já um buraco negro pequeno, com massa igual a da famosa Torre Eiffel, por exemplo, evaporaria em cerca de um dia.

No entanto, de acordo com a Teoria de gauge, a radiação emitida por um buraco negro é uma radiação comum. Se isso for correto, então os cálculos matemáticos de Stephen Hawking teriam de ser corrigidos, além de que ela afirma que nem todo buraco negro desaparece.  A Teoria de gauge afirma que, um buraco negro com massa igual a do Sol teria uma temperatura igual a 60 nanokelvin, e nesse caso, ele absorve mais radiação cósmica do que emite, com isso, não evaporaria.

Um buraco negro com massa igual a da Lua, teria temperatura de 2,7 kelvins, portanto estaria em equilíbrio. Já um buraco negro menor do que isso, como um buraco negro primordial - aquele formado não pelo colapso gravitacional de uma estrela mas sim pelo acúmulo de matéria presente durante a expansão inicial do Universo - emitiria mais energia do que absorve, e assim, perderia massa até "evaporar".

Qual teoria está certa? Não sabemos ao certo... talvez leve muitos e muitos anos até que cheguemos numa conclusão a cerca disso. Mas uma coisa parece certa: os buracos negros podem sim "morrer", e quanto menor for sua massa, mais rápido isso pode acontece.
Fonte: Central da Ciência
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