Físicos teóricos argumentam que os buracos negros admitem estruturas de vórtice

Os buracos negros são objetos astronômicos com forças gravitacionais extremamente fortes, das quais nem mesmo a luz pode escapar. Embora a ideia de corpos que aprisionem a luz exista desde o século 18, a primeira observação direta de buracos negros ocorreu em 2015.

Esboço de um buraco negro dotado de vários vórtices. As cores denotam a orientação, com as linhas de campo magnético aprisionadas associadas em preto. Crédito: Dvali et al.

Desde então, os físicos têm realizado inúmeros estudos teóricos e experimentais com o objetivo de compreender melhor esses fascinantes objetos cosmológicos. Isso levou a muitas descobertas e teorias sobre as características, propriedades e dinâmicas únicas dos buracos negros.

Pesquisadores da Ludwig-Maximilians-Universität e Max-Planck-Institut für Physik realizaram recentemente um estudo teórico explorando a possível existência de vórtices em buracos negros. Seu artigo, publicado na Physical Review Letters, mostra que os buracos negros deveriam teoricamente ser capazes de admitir estruturas de vórtice.

“Recentemente, uma nova estrutura quântica para buracos negros, nomeadamente em termos de condensados de grávitons de Bose-Einstein (os quanta da própria gravidade), foi introduzida”, disse Florian Kühnel, um dos pesquisadores que realizaram o estudo, à Phys. org. “Até o nosso artigo ser publicado, os buracos negros em rotação não foram estudados minuciosamente dentro desta estrutura. No entanto, eles podem não apenas existir, mas também ser a regra e não a exceção.”

Kühnel e seus colegas Gia Dvali e Michael Zantedeschi realizaram vários cálculos com base em teorias físicas existentes, particularmente o modelo quântico de buracos negros recentemente concebido com base em condensados de grávitons de Bose-Einstein. O objetivo principal de seu estudo era examinar buracos negros rotativos no nível quântico, para determinar se eles realmente admitiriam estruturas de vórtice.

“Como os condensados rotativos de Bose-Einstein foram submetidos a intensos estudos em laboratórios, sabe-se que eles admitem estrutura de vórtice se girarem suficientemente rápido”, disse Kühnel. “Tomamos isso como um convite para procurar essas estruturas também em modelos de buracos negros em rotação – e de fato os encontramos.”

Kühnel e seus colegas mostraram que um buraco negro com rotação extrema pode ser descrito como um condensado de graviton com vorticidade. Isso está alinhado com estudos anteriores sugerindo que buracos negros extremos são estáveis contra a chamada evaporação Hawking (ou seja, uma radiação de corpo negro que se acredita ser liberada fora da superfície mais externa de um buraco negro, ou horizonte de eventos).

Além disso, os pesquisadores mostraram que, na presença de cargas móveis, o vórtice geral do buraco negro aprisiona um fluxo magnético do campo de medição, o que levaria a emissões de assinatura que poderiam ser observadas experimentalmente. As previsões teóricas da equipe podem, assim, abrir novas possibilidades para a observação de novos tipos de matéria, incluindo matéria escura com milicarga.

“A vorticidade é uma característica totalmente nova dos buracos negros, que estão no nível clássico (ou seja, se alguém fechar os olhos em sua estrutura quântica) totalmente caracterizado por três entidades: massa, rotação e carga”, disse Kühnel. “Isto é o que aprendemos nos livros – até agora. Mostramos que precisamos adicionar vorticidade.”

A existência teorizada da equipe de vórtices em buracos negros oferece uma possível explicação para a falta de radiação Hawking para buracos negros de rotação máxima. No futuro, essa teoria poderia abrir caminho para novas observações experimentais e conclusões teóricas.

Por exemplo, estruturas de vórtices de buracos negros podem explicar os campos magnéticos extremamente fortes que emergem de núcleos galácticos ativos em nosso universo. Além disso, eles poderiam estar na raiz de quase todos os campos magnéticos galácticos conhecidos.

“Acabamos de estabelecer o campo de vorticidade de buracos negros”, acrescentou Kühnel. “Há uma grande quantidade de questões importantes e excitantes a serem abordadas, inclusive sobre as aplicações mencionadas acima. e excitantes aspectos quânticos do espaço-tempo.”

Fonte: phys.org