Um novo estudo sugere que os buracos negros podem não ser as entidades sem características e sem estrutura que Einstein teoria geral da relatividade prevê que eles sejam. Em vez disso, os monstros cósmicos podem ser objetos quânticos bizarros conhecidos como “estrelas congeladas”.
Embora estes compartilhem algumas semelhanças com buracos negrosos corpos celestes hipotéticos diferem em maneiras cruciais que poderiam potencialmente resolver o infame paradoxo da radiação de Hawking (nomeado em homenagem ao falecido físico Stephen Hawking, que propôs o fenômeno). Este paradoxo surge porque a radiação teórica emitida pelo horizonte de eventos de um buraco negro aparentemente não carrega nenhuma informação sobre a matéria que formou o buraco negro, o que contradiz um princípio fundamental de mecânica quântica afirmando que as informações não podem ser destruídas.
Além disso, ao contrário dos buracos negros convencionais, não se espera que as estrelas congeladas abriguem uma singularidade — um ponto de densidade infinita nos seus centros — o que resolve outra contradição entre a imagem clássica dos buracos negros e a regra geral da física de que infinitos não podem existir na natureza. Quando infinitos aparecem em uma teoria, isso geralmente sinaliza as limitações da teoria.
“Estrelas congeladas são um tipo de imitadores de buracos negros: objetos astrofísicos ultracompactos que são livres de singularidades, não têm horizonte, mas ainda assim podem imitar todas as propriedades observáveis dos buracos negros.” Ramy Brusteinum professor de física na Universidade Ben-Gurion em Israel, disse à Live Science em um e-mail. “Se eles realmente existirem, eles indicariam a necessidade de modificar de forma significativa e fundamental a teoria da relatividade geral de Einstein.”
Brustein é o principal autor de um estudo que descreve a teoria da estrela congelada, publicado em julho na revista Revisão Física D.
Resolvendo o paradoxo
O modelo clássico de um buraco negro, descrito pela primeira vez por Karl Schwarzschild em 1916, retrata os buracos negros como tendo duas características principais: uma singularidade onde toda a massa está concentrada e um horizonte de eventos, um limite do qual nada, nem mesmo a luz, pode escapar.
No entanto, esse modelo encontra um problema sério quando a mecânica quântica é introduzida. Na década de 1970, Stephen Hawking descobriu que os efeitos quânticos próximos ao horizonte de eventos deveriam levar à criação de partículas a partir do vácuo do espaço, um processo conhecido como radiação Hawking. Essa radiação faria com que o buraco negro perdesse massa gradualmente e eventualmente evaporar completamente.
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O paradoxo surge porque essa radiação parece não carregar nenhuma informação sobre a matéria que originalmente formou o buraco negro. Se o buraco negro evapora completamente, essa informação parece estar perdida para sempre, violando os princípios da mecânica quântica, que ditam que a informação deve ser conservada. Essa contradição é conhecida como paradoxo da perda de informação, e tem sido um dos desafios mais significativos da física teórica.
Em seu novo estudo, Brustein e seus coautores AJM Medved da Universidade de Rodes e Tamar Simhon da Universidade Ben-Gurion realizou uma análise teórica detalhada do modelo de estrelas congeladas e descobriu que ele resolve os paradoxos do modelo tradicional porque não possui um horizonte nem uma singularidade.
Os autores descobriram que se os buracos negros são na verdade objetos muito compactos compostos de matéria ultra-rígida cujas propriedades são inspiradas pela teoria das cordas, o principal candidato para a teoria de gravidade quânticaeles não colapsam em pontos infinitamente densos e têm um tamanho ligeiramente maior que o horizonte de eventos convencional, impedindo que este último se forme.
“Mostramos como as estrelas congeladas se comportam como absorvedores (quase) perfeitos, embora não tenham horizonte, e agem como uma fonte de ondas gravitacionaisdisse Brustein, notando que esses objetos podem absorver quase tudo que cai sobre eles, assim como buracos negros. “Além disso, eles têm a mesma geometria externa que a de um modelo convencional de buracos negros e reproduzem suas propriedades termodinâmicas convencionais.”
Testando a hipótese da estrela congelada
Embora o modelo de estrela congelada apresente uma solução potencial para os paradoxos associados aos buracos negros tradicionais, os cientistas ainda precisam testá-lo experimentalmente.
Mas, diferentemente dos buracos negros convencionais, espera-se que as estrelas congeladas tenham uma estrutura interna, embora com propriedades bizarras ditadas pela gravidade quântica. Isso abre caminho para discriminar observacionalmente entre os dois. A evidência pode estar presente em ondas gravitacionais — ondulações no tecido do espaço-tempo — geradas durante fusões de buracos negros.
“É quando as distinções são mais pronunciadas”, explicou Brustein.
A equipe ainda precisa descobrir exatamente como seria a estrutura interna de uma estrela congelada, e como ela seria diferente de outros objetos cósmicos extremos, como estrelas de nêutrons, mas é possível, disse Brustein. A partir daí, eles poderiam analisar dados de observatórios de ondas gravitacionais existentes e futuros, porque as ondas gravitacionais emitidas durante as fusões são extremamente poderosas e podem carregar informações sobre a estrutura desses objetos ultracompactos.
“A descoberta de qualquer uma das previsões do modelo de estrela congelada terá um impacto revolucionário”, disse Brustein.