Ciência

Um buraco negro conjurado em um laboratório faz as mesmas coisas estranhas que Stephen Hawking pensou que faria

2024

Quando algo destrói a física, você passa para o quantum reino, um lugar habitado por buracos negros, buracos de minhoca e outras coisas que foram as estrelas de vários filmes de ficção científica. O que vive no reino quântico ou não foi provado que existe (ainda) ou se comporta estranhamente se existir.

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Os buracos negros costumam se aventurar nesse reino. Com essas estrelas colapsadas - pelo menos a maioria delas está - sendo impossível voar uma espaçonave para dentro (a menos que você nunca queira vê-la novamente), um físico decidiu que a melhor maneira de chegar perto delas era literalmente sob um microscópio. Jeff Steinhauer queria saber se os buracos negros irradiam partículas como o falecido Stephen Hawking teorizou que fariam. Como um desses leviatãs nunca caberia em um laboratório, ele e sua equipe de pesquisa criaram um aqui mesmo na Terra.

Temos que entender como vemos as ondas sonoras da radiação Hawking entrando e saindo, Steinhauer, que foi coautor de um estudo publicado recentemente em Física da Natureza , disse a SYFY WIRE. Eles devem ser muito leves. Ver essa radiação de um buraco negro real é muito fraca e seria totalmente dominada por outras fontes de radiação, por isso queremos vê-la em um sistema analógico.

Este análogo do buraco negro era mais um tubo do que as coisas espetaculares em redemoinho que você pode ver nas imagens da NASA como a mostrada acima. De qualquer forma, o show de luzes em torno de buracos negros monstruosos é, na verdade, apenas toda a poeira, gás e outras coisas estelares que ele devora. A equipe de Steinhauer não precisava de um disco de acreção . Eles só queriam ver se uma das partículas quânticas emaranhadas que chegaram à beira do Horizonte de eventos escaparia como Hawking previu. O emaranhamento quântico significa que duas partículas se comportarão exatamente da mesma maneira, onde quer que estejam no tempo e no espaço.

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Stephen Hawking, que teorizou que os buracos negros irradiam fótons de volta ao espaço. Crédito: Frederick M. Brown / Getty Images

Quando uma de um par de partículas emaranhadas vai longe demais e ultrapassa o horizonte de eventos, mas a outra consegue ficar apenas na borda do ponto sem retorno, ela eventualmente será irradiada de volta para o espaço. Esta é a radiação Hawking. Em um buraco negro analógico feito de rubídio gás, os pesquisadores substituíram as ondas sonoras pelas ondas de luz que os buracos negros comem no espaço porque os átomos de rubídio se movem mais rápido do que a velocidade do som, de modo que nenhuma onda sonora que alcance o horizonte de eventos poderá escapar. No entanto, a outra onda sonora emaranhada estaria fora do horizonte de eventos, onde o fluxo de gás era muito mais lento e ele era capaz de se mover.

Tivemos que procurar algo correlacionado dentro e fora do buraco negro, disse Steinhauer. Cada vez que há um pouco de onda dentro do buraco negro, há onda fora do buraco negro, e isso teve que ser repetido milhares de vezes. Você tem que continuar procurando uma onda dentro e uma onda simultânea saindo.

Como a câmera que fotografou o buraco negro analógico o destruiria instantaneamente, o analógico teve que ser recriado continuamente. Cada um deles tinha cerca de 0,1 milímetro de comprimento e cerca de 8.000 átomos. Só para se ter uma ideia de quão incrivelmente pequeno isso é, o ponto final desta frase tem pelo menos um bilhão de átomos. Cada vez que um novo analógico era criado, a equipe precisava encontrar pares de ondas sonoras em que uma onda se movia em direção ao horizonte plano e a outra já havia passado. O gás rubídio flui mais rápido do que o velocidade do som , de modo que impediu uma dessas ondas sonoras de irromper, assim como a gravidade esmagadora de um buraco negro no espaço significa desgraça iminente.

O que tirar fotos repetidas provou que a radiação de Hawking permanece constante. A equipe precisava de tantos dados para encontrar correlações suficientes entre como todos esses pares de ondas sonoras se comportavam. Acontece que eles faziam a mesma coisa todas as vezes, então Hawking estava certo. Pelo menos esse experimento provou que ele estava certo. Até que possamos encontrar alguma maneira de estudar os buracos negros no espaço com um telescópio mais avançado tecnologicamente do que podemos imaginar, estudos teóricos como o de Hawking terão que apoiar se isso é provável que aconteça em buracos negros reais. Steinhauer quer ir mais longe, como em gravidade quântica .

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Eu gostaria de ir além do cálculo de Hawking, para levar em conta a gravidade quântica, disse ele. De acordo com a relatividade geral, você pode descobrir a gravidade regular se souber a massa de um corpo. A gravidade quântica tem aleatoriedade como qualquer sistema mecânico quântico. Também quero ver como a radiação Hawking é análoga a coisas como moléculas de ar espalhando som.

A estranheza dos buracos negros, e o que eles podem significar para o espaço-tempo, nunca termina realmente.