Um sinal de onda do espaço valida a previsão de Hawking de que a área de um horizonte de eventos nunca deve diminuir.
Uma das previsões mais importantes de Stephen Hawking sobre os buracos negros foi finalmente confirmada por observação por ondulações na estrutura do espaço-tempo, relata um novo estudo. O marco não apenas valida as teorias do físico influente, que morreu em 2018, mas também fornece um novo meio para testar algumas de nossas suposições mais fundamentais sobre o universo.
Os buracos negros são famosos por comportamentos extremamente estranhos, como a capacidade de capturar qualquer coisa, incluindo luz, dentro do horizonte de eventos que marca suas fronteiras. Hawking acrescentou a esta lista de esquisitices dos buracos negros em 1971, prevendo que a área da superfície do horizonte de eventos nunca deveria encolher com o tempo, o que agora é conhecido como teorema da área.
A ideia ecoa a segunda lei da termodinâmica, que afirma que a entropia só pode aumentar em um sistema fechado, fornecendo mais uma indicação de que os buracos negros são janelas importantes para as leis mais amplas do universo.
Uma equipe liderada por Maximiliano Isi, um Pós-doutorado Einstein da NASA no Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial do MIT, agora apresenta a primeira “confirmação observacional do teorema da área do buraco negro de Hawking” com uma confiança de 95 por cento, de acordo com um estudo publicado em Quinta-feira em cartas de revisão física. Os pesquisadores conseguiram esse feito examinando de perto as primeiras ondas gravitacionais já capturadas na Terra, que foram criadas pela colisão de dois buracos negros cerca de 1,3 bilhão de anos atrás.
“É legal estar inscrito em todo este fio de insights e descobertas, colocando um pouco mais de uma abordagem experimental e observacional neste campo que, por muitos anos, tem sido puramente teórico, muito abstrato e matemático”, disse Isi em uma chamada.
As ondas gravitacionais fazem o próprio espaço ondular, mas são tão sutis que não podemos percebê-las na Terra sem instrumentos extremamente sensíveis, como o Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Em 14 de setembro de 2015, o LIGO detectou essas ondas pela primeira vez, inaugurando uma nova era de descobertas astronômicas e ganhando o Prêmio Nobel de Física de 2017.
As ondas desse evento, conhecidas como GW150914, foram criadas por uma colisão entre dois buracos negros que tinham cerca de 36 vezes e 29 vezes a massa do sol. Desde essa detecção, dezenas de ondas gravitacionais foram capturadas, permitindo aos cientistas coletar uma grande quantidade de novos dados sobre os eventos cataclísmicos que os criaram.
Os pesquisadores foram capazes de calcular certas propriedades básicas de fusões produtoras de ondas desde GW150914, mas Isi e seus colegas empurraram o campo para a frente com uma nova técnica que pode revelar detalhes mais sutis sobre os objetos envolvidos nesses eventos.
“Nossa inovação aqui é desenvolver uma maneira de realmente dividir os dados para que possamos distinguir o‘ antes ’e o‘ depois ’da colisão dos dois buracos negros”, explicou Isi. “Ao analisar esses dois conjuntos de dados independentemente, podemos, portanto, obter estimativas independentes das propriedades dos buracos negros anteriores e do buraco negro produzido depois.”
Depois que os pesquisadores lançaram essa abordagem em 2019, eles foram contatados pelo físico teórico Kip Thorne, um dos ganhadores do Prêmio Nobel de astronomia por ondas gravitacionais, que os encorajou a aplicá-la ao teorema da área de Hawking. Os resultados revelam que o buraco negro unificado criado pela fusão GW150914 é maior em área do que a soma dos buracos negros que o formaram, de acordo com a previsão de Hawking.
Ao validar o teorema da área, a equipe de Isi também reforçou a relação proporcional entre a área da superfície dos buracos negros e sua entropia, uma medida do grau de desordem ou aleatoriedade em um sistema. No entanto, essa conexão também levanta um paradoxo interessante: se os buracos negros têm entropia, eles devem ter uma temperatura, o que significaria que algo pode escapar de um buraco negro: calor irradiado.
Hawking sugeriu que a fuga de calor, agora conhecida como radiação Hawking, poderia fazer com que os buracos negros evaporassem lentamente em escalas de tempo extremamente longas, o que significaria que sua área de superfície poderia diminuir ao longo da vida do universo. Esta estranha disjunção entre o teorema da área e a radiação de Hawking é um microcosmo de um mistério maior: pode a teoria da relatividade geral de Einstein, que governa o universo em grandes escalas, concordar com as leis da mecânica quântica, que o governa em pequenas escalas?
“Os buracos negros são estranhos porque são muito abstratos, mas, ao mesmo tempo, são muito simples – pelo menos a parte clássica de Einstein e não a parte quântica, que é muito difícil”, disse Isi. “Eles têm massa e giro, e seguem essas regras simples que parecem místicas, mas são fáceis de escrever.”
“São esses objetos paradoxais”, acrescentou. “É por isso que trabalho nisso.”
Até esse ponto, Isi e seus colegas planejam acompanhar suas descobertas aplicando sua técnica a outros eventos de ondas gravitacionais. Este processo não apenas lançará mais luz sobre o teorema da área, mas poderá revelar inúmeros novos insights sobre os eventos colossais e objetos exóticos que criam essas ondulações no espaço-tempo.
“O tipo de precisão que temos agora será envergonhado com observações futuras”, disse Isi. “Os testes e a qualidade dos experimentos que podemos realizar com os dados vão melhorar drasticamente.”
“Isso só mostra o potencial”, concluiu. “É a semente que mostra que podemos pensar criativamente e usar nossos dados para realmente aprender algo que, por tanto tempo, foi apenas caneta e papel.”
Informação direto da fonte: www.mit.edu .