O que acontece no centro de um buraco negro?

Toda a matéria num buraco negro está concentrada num ponto central de densidade infinita e tamanho infinitamente pequeno – uma singularidade.

Crédito: Dotted Yeti/Shutterstock.

Os buracos negros têm centros? Se sim, o que está acontecendo lá?

Einstein passou 10 anos lutando com três conceitos fundamentais da física: aceleração, a teoria da relatividade especial e a força gravitacional. Este esforço heróico culminou em 1915 com a teoria geral da relatividade, um elegante conjunto de equações que relacionam a curvatura do espaço-tempo com a matéria que nele se move.

Embora simples de escrever, encontrar soluções para estas equações tem intrigado físicos e matemáticos desde então. Para abordar qualquer conjunto de equações relacionadas a um sistema físico que evolui com o tempo, um bom começo é fazer suposições que simplifiquem as coisas.

Apenas um mês após a publicação de Einstein, Karl Schwarzschild descobriu uma das soluções mais simples. A sua descrição relacionando uma massa compacta esfericamente simétrica que não muda com o tempo à curvatura do espaço-tempo que a rodeia apresentou-nos ao que hoje chamamos de buraco negro.

Inicialmente esta solução foi rejeitada por muitos porque previa uma situação invulgar: toda a matéria num buraco negro está concentrada num ponto central de densidade infinita e tamanho infinitamente pequeno — uma singularidade. Singularidades deixam os físicos bastante desconfortáveis.

Tendo estabelecido o que está no centro, o que dizer do espaço vazio que envolve imediatamente a singularidade? Considere a trajetória de uma nave espacial caindo em um buraco negro. Do ponto de vista de um observador distante, a nave irá acelerar e atingir rapidamente a singularidade central, mas no caminho passa por um ponto sem volta: o horizonte de eventos.

Quanto mais próximo da massa central, mais forte é a força de atração; dentro do horizonte de eventos a força é tão forte – equivalentemente, o espaço-tempo é tão curvo – que nenhum motor é poderoso o suficiente para superar a gravidade e impulsionar a nave para fora. Na verdade, dentro deste raio, nem mesmo a luz consegue se mover rápido o suficiente para escapar da atração da singularidade. Fora do horizonte de eventos, os navios ainda viajam por caminhos incomuns, mas pelo menos podem voltar para casa.

Os dois problemas que mantêm os físicos acordados à noite são 1) que a nossa compreensão da mecânica quântica torna a ideia de uma singularidade insustentável e 2) o horizonte de eventos impede-nos de medir o que acontece dentro de um buraco negro.

Estas questões levam-nos à vanguarda da física teórica: unindo a relatividade geral e o reino quântico; reconciliar os horizontes de eventos dos buracos negros com as leis da termodinâmica; e até mesmo especulando sobre buracos de minhoca, onde o centro de um buraco negro é um caminho, e não um beco sem saída singularmente infeliz.

Mark Avara - Astrofísico, Instituto de Astronomia, Cambridge, Universidade de Cambridge, Reino Unido

Fonte: Astronomy.com