Poderia este buraco negro imitador ser um novo tipo de estrela?

Parece um buraco negro e dobra a luz como um buraco negro, mas na verdade poderia ser um novo tipo de estrela.

Embora o misterioso objeto seja uma construção matemática hipotética, novas simulações de pesquisadores da Johns Hopkins sugerem que poderia haver outros corpos celestes no espaço escondidos até mesmo dos melhores telescópios da Terra. Os resultados devem ser publicados na Physical Review D.

Credit: Pierre Heidmann / Johns Hopkins University 

"Ficamos muito surpresos", disse Pierre Heidmann, físico da Universidade Johns Hopkins que liderou o estudo. "O objeto parece idêntico a um buraco negro, mas há luz saindo de seu ponto escuro."

A detecção de ondas gravitacionais em 2015 abalou o mundo da astrofísica porque confirmou a existência de buracos negros. Inspirada por essas descobertas, a equipe da Johns Hopkins se propôs a explorar a possibilidade de outros objetos que poderiam produzir efeitos gravitacionais semelhantes, mas que poderiam estar passando como buracos negros quando observados com sensores ultraprecisos na Terra, disse o coautor e físico da Johns Hopkins, Ibrahima Bah.

"Como você diria quando você não tem um buraco negro? Não temos uma boa maneira de testar isso", disse Bah. "Estudar objetos hipotéticos como sólitons topológicos nos ajudará a descobrir isso também."

As novas simulações retratam realisticamente um objeto que a equipe da Johns Hopkins chama de sóliton topológico. As simulações mostram um objeto parecendo uma foto borrada de um buraco negro de longe, mas como outra coisa inteiramente de perto.

O objeto é hipotético neste estágio. Mas o fato de que a equipe poderia construí-lo usando equações matemáticas e mostrar como ele se parece com simulações sugere que poderia haver outros tipos de corpos celestes no espaço escondidos até mesmo dos melhores telescópios da Terra.

As descobertas mostram como o sóliton topológico distorce o espaço exatamente como um buraco negro – mas se comporta de forma diferente de um buraco negro, pois embaralha e libera raios de luz fracos que não escapariam da forte força gravitacional de um buraco verdadeiro.

"A luz é fortemente dobrada, mas em vez de ser absorvida como seria em um buraco negro, ela se espalha em movimentos funky até que em um ponto ela volta para você de uma maneira caótica", disse Heidmann. "Você não vê uma mancha escura. Você vê muito desfoque, o que significa que a luz está orbitando como louca em torno desse objeto estranho."

O campo gravitacional de um buraco negro é tão intenso que a luz pode orbitar em torno dele a uma certa distância de seu centro, da mesma forma que a Terra orbita o sol. Essa distância determina a borda da "sombra" do buraco, de modo que qualquer luz recebida atingirá fatalmente a região que os cientistas chamam de "horizonte de eventos". Lá, nada pode escapar – nem mesmo a luz.

A equipe de Hopkins simulou vários cenários usando imagens do espaço sideral como se tivessem sido capturadas com uma câmera, colocando um buraco negro e o solitão topológico na frente da lente. Os resultados produziram imagens distorcidas por causa dos efeitos gravitacionais dos corpos massivos.

"Estas são as primeiras simulações de objetos astrofisicamente relevantes da teoria das cordas, uma vez que podemos realmente caracterizar as diferenças entre um sóliton topológico e um buraco negro como se um observador os estivesse vendo no céu", disse Heidmann.

Motivados por vários resultados da teoria das cordas, Bah e Heidmann descobriram maneiras de construir sólitons topológicos usando a teoria da relatividade geral de Einstein em 2021. Embora os sólitons não sejam previsões de novos objetos, eles servem como os melhores modelos de como os novos objetos de gravidade quântica poderiam se parecer em comparação com os buracos negros.

Os cientistas já criaram modelos de estrelas de bósons, gravastars e outros objetos hipotéticos que poderiam exercer efeitos gravitacionais semelhantes com formas exóticas de matéria. Mas a nova pesquisa explica as teorias pilares do funcionamento interno do universo que outros modelos não fazem. Ele usa a teoria das cordas que reconcilia a mecânica quântica e a teoria da gravidade de Einstein, disseram os pesquisadores.

"É o início de um maravilhoso programa de pesquisa", disse Bah. "Esperamos no futuro ser capazes de propor genuinamente novos tipos de estrelas ultracompactas que consistem em novos tipos de matéria da gravidade quântica."

A equipe inclui o físico da Johns Hopkins, Emanuele Berti. O solitão topológico nas simulações foi construído pela primeira vez em pesquisa publicada em 2022 pelo grupo de Bah.

Fonte: phys.org