Como os buracos negros "funcionam"?
Os buracos negros são áreas no espaço onde a gravidade é muito forte. Além disso
Radiação Hawking em um buraco negro comumaparece quando um par de partículas virtuais aparece no horizonte de eventos, que se transforma em um par partícula-antipartícula. Nesse caso, uma partícula cai além do horizonte e a outra voa para longe.
O que Hawking previu?
O físico teórico Stephen Hawking previu:embora nada possa sair dos buracos negros, eles próprios emitem espontaneamente uma quantidade limitada de luz. É conhecida como radiação Hawking. Segundo as previsões do físico, essa radiação é espontânea (ou seja, surge do nada) e estacionária (ou seja, sua intensidade não muda muito com o tempo).
A radiação Hawking é o principal argumento dos cientistasem relação ao decaimento (evaporação) de pequenos buracos negros, que teoricamente poderiam surgir durante experimentos no LHC – Large Hadron Collider. Esse efeito é a base para a ideia de um reator singular - um dispositivo para obter energia de um buraco negro por meio da radiação Hawking.
Autor: Maximilien Brice, CERN — Servidor de Documentos CERN, CC BY-SA 3.0
V. Gribov em discussão com Ya.Zeldovich insistiu que, graças ao tunelamento quântico, os buracos negros deveriam emitir partículas. Mesmo antes da publicação de seu trabalho, Hawking visitou Moscou em 1973, onde se encontrou com os cientistas soviéticos Yakov Zeldovich e Alexei Starobinsky. Eles demonstraram a Hawking que, de acordo com o princípio da incerteza da mecânica quântica, buracos negros giratórios deveriam gerar e emitir partículas.
De acordo com as previsões de Hawking, a radiação do pretoburaco é espontâneo. Em seu novo estudo, os cientistas decidiram descobrir se a radiação emitida por seu buraco negro também é estacionária (ou seja, se permanece constante ao longo do tempo).
O que os cientistas descobriram?
Pesquisadores da Israel TechO Technion Institute conduziu recentemente uma pesquisa com o objetivo de testar as previsões teóricas de Hawking. Em particular, eles investigaram se o equivalente à radiação Hawking em um "buraco negro artificial" criado em condições de laboratório era estacionário.
Se você entrar no horizonte de eventos, nãovocê pode sair daqui mesmo que haja luz. A radiação Hawking começa logo além do horizonte de eventos, onde a luz mal consegue escapar. É muito estranho porque não há nada ali; este é um espaço vazio. Mas esta radiação começa do nada, sai e vai para a Terra.
Jeff Steinhauer, um dos pesquisadores em entrevista à ScienceX
Como os cientistas criaram um buraco negro artificial?
Buraco negro artificial criado pelos israelensescientistas, tinha um comprimento de cerca de 0,1 mm e era feito de um gás consistindo de 8.000 átomos de rubídio. Este é um número relativamente pequeno de átomos. Cada vez que os pesquisadores o fotografaram, o buraco negro entrou em colapso. Assim, para observar sua evolução ao longo do tempo, eles tiveram que criar um buraco negro, fotografá-lo e então criar outro. Esse processo foi repetido muitas vezes ao longo dos meses.
Um buraco negro analógico criado por pesquisadores. Crédito: Kolobov et al.
Radiação Hawking emitida por este análogoburaco negro, consiste em ondas sonoras, não luz. Os átomos de rubídio se movem mais rápido do que a velocidade do som, então as ondas sonoras não podem alcançar o horizonte de eventos e escapar do buraco negro. No entanto, fora do horizonte de eventos, o gás flui lentamente, de modo que as ondas sonoras podem se mover livremente.
O rubídio flui rápido, mais rápido do que a velocidade do som, eisso significa que o som não pode ir contra o fluxo. Digamos que uma pessoa esteja tentando nadar contra a corrente. Se essa corrente se mover mais rápido do que ele é capaz de nadar, então é simplesmente impossível avançar. O nadador é constantemente empurrado para trás - o fluxo está se movendo muito rápido e na direção oposta. Como resultado, a pessoa fica presa em um lugar. É assim que é estar preso em um buraco negro e tentar alcançar o horizonte de eventos por dentro.
A radiação Hawking consiste em pares de fótons (ou seja,partículas de luz): uma sai do buraco negro e a outra cai de volta nele. Numa tentativa de identificar a radiação Hawking emitida por um buraco negro analógico, os cientistas procuraram pares semelhantes de ondas sonoras, uma saindo do buraco negro e a outra movendo-se para dentro dele. Depois de identificarem esses pares de ondas sonoras, os pesquisadores tentaram determinar se havia correlações entre eles. Os físicos repetiram a sua experiência 97.000 vezes – ou seja, 124 dias de medições contínuas. Como resultado, os investigadores descobriram que um par de ondas sonoras aparece no buraco negro análogo e também confirmaram a correlação entre elas.
No geral, os resultados parecem confirmar quea radiação emitida por buracos negros é estacionária, como Hawking previu. Embora esses resultados estejam principalmente relacionados ao buraco negro analógico que eles criaram, estudos teóricos podem ajudar a confirmar se eles podem ser aplicados a buracos negros reais.
Qual é o resultado final?
O estudo dos cientistas levanta questões importantes.O fato é que eles conseguiram observar toda a vida de um buraco negro analógico e ver como a radiação Hawking começou. Pesquisas futuras poderiam tentar comparar os resultados do trabalho com previsões sobre o que aconteceria em um buraco negro real. Dessa forma, os cientistas poderão ver se a radiação Hawking “real” começa em zero e depois aumenta, como os físicos observaram durante o experimento.
Um buraco negro real tem dois horizontes:o externo é o horizonte de eventos (mais precisamente, o horizonte de visibilidade) e o interno é o horizonte de Cauchy. Entre os dois horizontes existe uma região T, onde o movimento de qualquer objeto só é possível em uma direção: luz, partícula ou pessoa se moverão apenas para dentro. As forças das marés aumentarão conforme você se move nesta área em direção ao horizonte interno de Cauchy. Surpreendentemente, sob ele, o movimento do objeto em direção ao centro diminui drasticamente (em certo sentido, nas coordenadas que acompanham o próprio objeto).
Depois de parar nas instalações do atendentecoordenadas, ele começa a empurrar para fora - para outro universo (a topologia para buracos negros reais não é trivial, há uma conexão entre diferentes universos e o objeto deve ser empurrado para outro universo). No ponto de parada (também chamado de ponto de virada, ponto de garganta), existem forças máximas de maré para um determinado buraco negro, um determinado objeto e as condições iniciais para a queda deste objeto (em outras condições, este máximo será diferente , mas sempre finito).
Na área dentro do horizonte internoa atração gravitacional é muito menor, de modo que os objetos podem se mover livremente e não são mais atraídos para o centro do buraco negro. No entanto, eles ainda não podem deixar o buraco negro porque não podem passar pelo horizonte interno na direção oposta (ou seja, indo em direção ao horizonte de eventos).
Essencialmente, o horizonte de eventos é a esfera externa.buraco negro, e dentro dele há uma pequena esfera chamada de horizonte interno. Se uma pessoa cair além do horizonte interno, ela ainda estará presa em um buraco negro. Mas pelo menos ele não sentirá a física impensável de estar nele. A pessoa vai se encontrar em um ambiente mais “normal”, pois a força da gravidade será menor e não será mais possível senti-la.
Alguns físicos previram que quandoo buraco negro analógico forma um horizonte interno, a radiação que ele emite se torna mais forte. Curiosamente, isso é exatamente o que aconteceu no buraco negro analógico criado pelos pesquisadores do Technion. Assim, este estudo pode inspirar outros físicos a estudar o efeito da formação do horizonte interno na intensidade da radiação Hawking.
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