Buracos negros podem ter núcleos dinâmicos, desafiando as teorias

 Interior e exterior dos buracos negros

Os buracos negros continuam a cativar os cientistas: Parecem ser objetos puramente gravitacionais, notavelmente simples; mas, quando os estudos começaram a considerar os efeitos quânticos imperando neles, ficou claro que os buracos negros podem esconder mistérios que desafiam nossa compreensão das leis naturais.

 Só recentemente as observações confirmaram que os buracos negros de fato giram. [Imagem: Yuzhu Cui et al. (2023)/Intouchable Lab@Openverse/Zhejiang Lab] 

Por exemplo, a maioria dos estudos até agora se centrou nas características externas e no ambiente circundante dos buracos negros, deixando a sua natureza interna em grande parte inexplorada. Agora, uma equipe internacional de astrofísicos decidiu examinar a região mais interna de vários modelos de espaço-tempo que descrevem buracos negros, e os resultados indicam que nossa compreensão desses objetos enigmáticos pode exigir uma investigação mais aprofundada.

"A dinâmica interna dos buracos negros, que permanece em grande parte desconhecida, pode transformar radicalmente a nossa compreensão destes objetos, mesmo de uma perspectiva externa," disse Raúl Carballo-Rubio, da Universidade Sudeste da Dinamarca.

Solução de Kerr

O estudo envolveu a chamada solução de Kerr (Roy Kerr [1934-]) para as equações da Relatividade Geral, a representação mais precisa dos buracos negros em rotação observados na astrofísica gravitacional - são os chamados "buracos negros de Kerr", ou buracos negros carecas.

Essa solução retrata um buraco negro como um redemoinho no espaço-tempo, caracterizado por dois horizontes: Um externo, além do qual nada pode escapar da sua atração gravitacional, e um horizonte interno, que encerra uma singularidade em anel, uma região onde o espaço-tempo como o conhecemos deixa de existir.

Este modelo alinha-se bem com as observações, uma vez que os desvios da teoria de Einstein fora do buraco negro são regulados por novos parâmetros físicos, que governam o tamanho do núcleo e que se espera sejam bastante pequenos.

Este novo trabalho, contudo, destaca uma questão crítica relativa ao interior dos buracos negros: Embora se soubesse que um horizonte interior estático seja caracterizado por uma acumulação infinita de energia, os novos cálculos demonstram que buracos negros dinâmicos ainda mais realistas estão sujeitos a instabilidades significativas em escalas de tempo relativamente curtas.

Outra novidade recente na área são os buracos negros primordiais, que podem deixar rastros em planetoides e objetos comuns na Terra. [Imagem: NASA]

Essa instabilidade deve-se a uma acumulação de energia que cresce exponencialmente ao longo do tempo, até atingir um valor finito, mas extremamente grande, capaz de influenciar significativamente a geometria geral do buraco negro e, assim, alterá-la.

Falha na solução de Kerr

O resultado final desse processo dinâmico de acumulação de energia ainda não é claro, mas o estudo implica que um buraco negro não pode se estabilizar na geometria de Kerr, pelo menos em longas escalas de tempo, embora a velocidade e a magnitude dos desvios do espaço-tempo de Kerr permaneçam sob investigação.

"Este resultado sugere que a solução de Kerr - ao contrário das suposições anteriores - não pode descrever com precisão os buracos negros observados, pelo menos nas escalas de tempo típicas da sua existência," disse Stefano Liberati, da Escola Internacional de Estudos Avançados (SISSA), na Itália.

Entender o papel dessa instabilidade, portanto, vai para a primeira posição na lista de tarefas dos astrofísicos, uma vez que isso é essencial para refinar os modelos teóricos do interior dos buracos negros e sua relação com sua estrutura geral, que pode teoricamente ser observada.

Encontrar uma resposta para essa questão poderá fornecer uma espécie de "elo perdido" entre os modelos teóricos e as observações da física além da Relatividade Geral. E mesmo agora, com os resultados já obtidos, abrem-se novas perspectivas para estudar os buracos negros, oferecendo uma oportunidade de aprofundar nossa compreensão de sua natureza interna e do seu comportamento dinâmico.

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