Os buracos negros podem ter uma vida pós-morte mais estranha do que o esperado
Os buracos negros costumam ser tratados como os objetos definitivos de mão única: a matéria cruza o horizonte de eventos e nunca mais retorna. Essa imagem vem da relatividade geral, que descreve os buracos negros como elementos clássicos e permanentes do espaço-tempo. Mas a física quântica há muito complica essa história. A radiação de Hawking implica que os buracos negros podem perder massa lentamente e, por fim, evaporar.
Um estudo teórico recente discutido pelo Universe Today leva essa história quântica um passo adiante. O trabalho examina a vida mínima de um buraco negro usando pressupostos que permanecem semiclassicos longe do horizonte de eventos, ao mesmo tempo que permitem um comportamento quântico mais complexo perto dele. O resultado é um novo limite inferior para a vida útil de um buraco negro e a sugestão de que, no fim de sua existência, ele pode entrar em um estágio metaestável em que se comporta de maneira semelhante a um buraco branco.
Por que a imagem original de Hawking é incompleta
O cálculo original de Stephen Hawking mostrou que buracos negros irradiam e, portanto, não vivem para sempre. Em termos bem gerais, os efeitos quânticos permitem que partículas escapem, fazendo o buraco negro perder massa. Buracos negros menores irradiam mais rápido, então o processo de evaporação se acelera com o tempo.
Mas o resultado de Hawking é semiclassico. Ele pressupõe que a correção quântica seja pequena o suficiente para que o espaço-tempo clássico continue fornecendo o pano de fundo dominante. Essa suposição fica mais questionável à medida que a massa do buraco negro se torna muito pequena. Para buracos negros astrofísicos comuns, isso não representa um grande problema prático, porque suas vidas são absurdamente longas. Para os buracos negros primordiais, no entanto, a questão se torna mais relevante, porque suas massas podem ser muito menores e suas vidas importam para perguntas mais amplas em cosmologia.
O que o novo trabalho afirma
O estudo descrito na fonte parte de dois pressupostos: que o espaço-tempo permanece assintoticamente semiclassico longe do buraco negro e que os efeitos da entropia de emaranhamento se dissipam com o tempo. Com essas condições, os autores derivam uma escala mínima de vida de pelo menos M4 dividido por h-bar à potência de três meios para um buraco negro de massa inicial M.
Esse resultado é apresentado como surpreendentemente simples. Mais importante, ele estabelece que o comportamento da fase final de um buraco negro em evaporação pode não ser apenas um desaparecimento repentino. O estudo também argumenta que buracos negros podem evoluir para uma configuração metaestável que se pareça com um buraco branco.
Buracos brancos são o contraponto conceitual invertido no tempo dos buracos negros: objetos dos quais matéria e energia poderiam emergir, em vez de apenas cair para dentro. Eles ocupam há muito tempo um espaço especulativo na teoria gravitacional, mas não fazem parte da astronomia observacional dominante. O interesse aqui não é que astrônomos tenham encontrado buracos brancos, mas que modelos inspirados em gravidade quântica possam produzir objetos de fase tardia com propriedades semelhantes às de um buraco branco.
Por que os buracos negros primordiais importam nesse debate
A discussão tem relevância particular para buracos negros primordiais, objetos hipotéticos que podem ter se formado no universo اولیه e que às vezes foram propostos como possíveis componentes da matéria escura. Como esses buracos negros podem começar com massas muito menores que as de buracos negros estelares, qualquer revisão das estimativas de vida pode afetar a forma como os pesquisadores pensam sobre sua abundância e seu papel cósmico.
O estudo não resolve se os buracos negros primordiais compõem a matéria escura. Ele, porém, mostra por que a questão da vida útil não é mera contabilidade acadêmica. Se os buracos negros sobreviverem por mais tempo do que sugerem estimativas de evaporação mais simples, sua marca na evolução cósmica também pode diferir das expectativas antigas.
O que isso muda e o que não muda
O trabalho continua teórico e, como apresentado na fonte, está publicado no arXiv. Isso significa que ele pertence à categoria de física provocativa, e não a fato observacional estabelecido. Ainda assim, ele refina uma pergunta de longa data: o que realmente acontece quando os efeitos quânticos se tornam importantes demais para que a imagem clássica dos buracos negros se sustente?
O valor do estudo é que ele tenta responder a essa pergunta sem assumir conhecimento completo de gravidade quântica, algo que os físicos ainda não têm. Ao trabalhar a partir de restrições mais amplas, ele oferece um limite inferior para a vida útil e um caminho para estados finais semelhantes aos de um buraco branco.
Se essa imagem resistir a novos testes, o capítulo final de um buraco negro pode parecer menos um desaparecimento limpo e mais uma transição para algo mais estranho e de vida mais longa. Isso não derrubaria a radiação de Hawking. A aprofundaria, sugerindo que a evaporação pode ser apenas parte da história de como os buracos negros terminam.
Este artigo é baseado na cobertura do Universe Today. Leia o artigo original.
Originally published on universetoday.com