Buracos negros podem ter uma temperatura

Buracos negros são enormes vazios no espaço que prendem a luz dentro deles. Porque eles absorvem energia, mas supostamente não cedem, os buracos negros devem ser escuros e frios. Mas eles podem não ser totalmente negros e absolutamente frios. Pelo menos isso é de acordo com um novo estudo. Nele, os físicos pegaram a temperatura de um buraco negro. Bem, mais ou menos. Eles mediram a temperatura de um pseudo-buraco negro - um buraco negro simulado no laboratório.

Esta versão simulada captura o som, não a luz. E testes com isso agora parecem oferecer evidências de uma ideia proposta pela primeira vez pelo famoso cosmólogo Stephen Hawking. Ele foi o primeiro a sugerir que os buracos negros não são verdadeiramente negros. Eles vazam, ele disse. E o que flui deles é um fluxo extremamente pequeno de partículas.

Objetos verdadeiramente negros não emitem partículas - nenhuma radiação. Mas os buracos negros podem. E se o fizerem, Hawking argumentou, eles não seriam verdadeiramente negros.

O fluxo de partículas que vazam de um buraco negro é agora referido como radiação Hawking. É provavelmente impossível detectar essa radiação em torno de buracos negros verdadeiros, aqueles no espaço. Mas os físicos detectaram indícios de radiação semelhante que flui de buracos negros simulados que eles criaram no laboratório. E no novo estudo, a temperatura do buraco negro feito em laboratório, baseado em sons - ou sonoro - é semelhante ao que Hawking sugeriu que deveria ser.

Este é um "marco muito importante", diz Ulf Leonhardt. Ele é físico no Instituto Weizmann de Ciências em Rehovot, Israel. Ele não estava envolvido com o estudo mais recente, mas fala do trabalho: “É novo em todo o campo. Ninguém fez esse experimento antes.

Se outros cientistas fizerem experimentos semelhantes e obterem resultados semelhantes, isso poderia significar que Hawking estava certo sobre os buracos negros não serem totalmente negros.

Fazendo um buraco negro baseado em laboratório

Para tirar a temperatura de um buraco negro, os físicos primeiro tiveram que fazer um. Essa foi a tarefa que Jeff Steinhauer e colegas assumiram. Steinhauer é físico no Technion-Israel Institute of Technology. Está em Haifa, Israel.

Para fazer o buraco negro, sua equipe usou átomos ultrafrios de rubídio. A equipe esfriava-os até quase o ponto em que ficariam absolutamente imóveis. Isso é chamado de zero absoluto. O zero absoluto ocorre a -273,15 ° C (-459,67 ° F) - também conhecido como 0 kelvin. Os átomos estavam em forma de gás e muito distantes. Os cientistas descrevem esse material como um condensado de Bose-Einstein.

Com um pequeno empurrão, a equipe colocou os átomos gelados fluindo. Nesse estado, impediram que as ondas sonoras escapassem. Isso imita como um buraco negro impede a fuga da luz. Em ambos os casos, é como um caiaque remando contra uma corrente muito forte para superar.

Mas buracos negros podem deixar um pouco de luz deslizar para fora em suas bordas. Isso é por causa da mecânica quântica, a teoria que descreve o comportamento muitas vezes esquisito das coisas na escala subatômica. Às vezes, a mecânica quântica diz que as partículas podem aparecer em pares. Essas partículas aparecem fora do espaço aparentemente vazio. Normalmente, os pares de partículas destroem-se imediatamente. Mas na borda de um buraco negro é diferente. Se uma partícula cai no buraco negro, a outra pode escapar. Essa partícula de escape se torna parte do fluxo de partículas que compõem a radiação de Hawking.

Em um buraco negro sônico, ocorre uma situação semelhante. Ondas sonoras emparelham-se. Cada minúscula onda sonora é chamada de fonon. E um fônon pode cair no buraco negro feito em laboratório, enquanto o outro escapa.

As medições de fônons que escaparam e as que caíram no buraco negro feito em laboratório permitiram aos pesquisadores estimar a temperatura da radiação simulada de Hawking. A temperatura era de 0,35 bilionésimo de um kelvin, apenas um pouquinho mais quente que o zero absoluto.

Conclui Steinhauer, com esses dados "encontramos muito boa concordância com as previsões da teoria de Hawking".

E tem mais: o resultado também concorda com a previsão de Hawking de que a radiação seria térmica. Termal significa que a radiação se comporta como a luz emitida por algo quente. Pense em um fogão elétrico quente, por exemplo. A luz vinda de um objeto quente e brilhante vem com certas energias. Essas energias dependem de quão quente o objeto é. Os fônons do buraco negro sônico tinham energias que combinavam com esse padrão. Isso significa que eles também são térmicos.

Há um problema com essa parte da ideia de Hawking, no entanto. Se a radiação de Hawking é térmica, isso causa um enigma chamado paradoxo da informação do buraco negro. Este paradoxo existe por causa da mecânica quântica. Na mecânica quântica, a informação nunca pode ser realmente destruída. Esta informação pode vir de várias formas. Por exemplo, as partículas podem transportar informações, assim como os livros. Mas se a radiação de Hawking é térmica, a informação pode ser destruída. Isso violaria a mecânica quântica.

A perda de informação acontece por causa das partículas que escapam do buraco negro. Quando eles escapam, as partículas pegam pequenos pedaços da massa de um buraco negro com eles. Isso significa que um buraco negro desaparece lentamente. Os cientistas não entendem o que acontece com a informação quando um buraco negro finalmente desaparece. Isso porque a radiação térmica não carrega nenhuma informação. (Ele diz a você como o buraco negro é quente, mas não o que caiu nele.) Se a radiação de Hawking é térmica, a informação não pode ser carregada pelas partículas que escapam. Assim, a informação pode ser perdida, violando a mecânica quântica.

Infelizmente, buracos negros sônicos feitos em laboratório podem não ajudar a entender se essa violação da mecânica quântica realmente acontece. Para saber se isso acontecer, os físicos provavelmente precisarão criar uma nova teoria da física. Provavelmente será aquele que combina gravidade e mecânica quântica.

Criar essa teoria é um dos maiores problemas da física. Mas a teoria não se aplica a buracos negros sônicos. Isso é porque eles são baseados em sons e não são criados pela gravidade. Steinhauer explica: "A solução para o paradoxo da informação está na física de um verdadeiro buraco negro, não na física de um buraco negro analógico".

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