Desvendando o Universo: A Simulação de Buracos Negros e a Radiação de Hawking

Um modelo experimental que imita um buraco negro pode lançar luz sobre um tipo teórico de radiação emitida por buracos negros reais. 

Em 2022, um grupo de físicos utilizou uma sequência linear de átomos para simular o horizonte de eventos de um buraco negro. Eles observaram um fenômeno semelhante à radiação de Hawking – emissões resultantes de perturbações quânticas causadas pela interrupção do espaço-tempo pelo buraco negro.

Esta descoberta poderia ajudar a unificar duas teorias contraditórias do universo: a teoria geral da relatividade, que explica a gravidade como um campo contínuo conhecido como espaço-tempo, e a mecânica quântica, que descreve o comportamento de partículas distintas através da matemática da probabilidade.

Para desenvolver uma teoria abrangente da gravidade quântica aplicável universalmente, é necessário que estas duas teorias divergentes encontrem uma forma de coexistir harmoniosamente.

Os buracos negros, considerados os fenômenos mais estranhos e extremos do universo, são fundamentais para esta pesquisa. Estas entidades incrivelmente densas criam uma zona, o horizonte de eventos, de onde é impossível escapar, mesmo à velocidade da luz. A distância deste limite varia de acordo com a massa do buraco negro.

Além deste ponto, o que acontece é objeto de especulação, pois nenhuma informação retorna. No entanto, em 1974, Stephen Hawking propôs que a perturbação das flutuações quânticas pelo horizonte de eventos gera uma radiação semelhante à radiação térmica.

Detectar a radiação de Hawking é atualmente um desafio além de nossas capacidades, provavelmente ofuscada pelo ruído de fundo cósmico. Mas podemos explorar suas características por meio de simulações de buracos negros em ambientes laboratoriais.

Em novembro de 2022, Lotte Mertens e sua equipe na Universidade de Amsterdã, na Holanda, inovaram com uma nova abordagem.

Eles usaram um arranjo unidimensional de átomos, permitindo que elétrons se movessem entre posições. Ajustando a dificuldade desse movimento, eles criaram um horizonte de eventos simulado que impactou as propriedades ondulatórias dos elétrons.

Esse horizonte de eventos artificial provocou um aumento de temperatura, alinhado com as previsões teóricas para um sistema de buraco negro análogo, conforme relatado pela equipe. Isso ocorreu quando parte da cadeia de átomos se estendeu além do horizonte de eventos.

Isso sugere que o emaranhamento de partículas que atravessam o horizonte de eventos pode ser crucial na produção da radiação de Hawking. 

 A radiação de Hawking observada comportou-se de maneira térmica dentro de certos intervalos de movimento dos elétrons e sob simulações que replicavam um espaço-tempo considerado “plano”. Isso indica que a radiação de Hawking pode se manifestar de forma térmica sob condições específicas e com mudanças na curvatura do espaço-tempo devido à gravidade.

As implicações para a gravidade quântica ainda não são claras, mas este modelo permite estudar o surgimento da radiação de Hawking em um ambiente controlado, livre das dinâmicas complexas da formação real de um buraco negro. Devido à sua simplicidade, este modelo é adaptável a diversos arranjos experimentais.

Os pesquisadores destacaram o potencial dessa abordagem para investigar aspectos fundamentais da mecânica quântica ao lado da gravidade e do espaço-tempo curvo em diferentes contextos de matéria condensada.

Fonte: hypescience.com