Uma coisa que todos “sabemos” sobre os buracos negros é que nada escapa à sua realização involuntária.
Isto é em grande parte verdade – mas desde a década de 1970, os físicos previram que os buracos negros podem perder energia lentamente na forma de radiação térmica.
Esta é a radiação Hawking e, embora tenha sido recriada em análogos de laboratório, o processo pelo qual ela extrai energia de um buraco negro, conhecido como reação reversa, permanece indefinido.
Agora, num buraco negro análogo – ironicamente – feito de luz, uma equipa de físicos liderada por Lorenzo Procopio, da Universidade de Paderborn, na Alemanha, observou um análogo da retro-reação à radiação de Hawking.
Suas descobertas são publicadas na revista a natureza.
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“Isso facilita a compreensão teórica e abre novas formas de calcular efeitos em tais sistemas”, disse Procópio. disse. “Pode até esclarecer como a radiação Hawking surge no contexto da gravidade.”
Os buracos negros são os objetos mais estranhos e extremos do universo.
Eles são tão incrivelmente densos que, quando você chega perto o suficiente, não há como escapar de sua atração gravitacional.
Pense em um foguete saindo da Terra. Para se libertar da gravidade do planeta, ele deve atingir uma certa velocidade conhecida como velocidade de escape.
De um buraco negro, não há nada no universo que possa atingir a velocidade de escape, nem mesmo a luz. A distância do centro de um buraco negro que marca o ponto além do qual a luz não consegue mais escapar é o horizonte de eventos.
falcoaria de radiação, Proposto pela primeira vez pelo físico Stephen Hawking em 1974é Radiação de corpo negro Prevê-se que os buracos negros surjam de efeitos quânticos próximos ao horizonte de eventos.
No entanto, embora a radiação Hawking seja uma previsão poderosa e amplamente aceita da teoria quântica de campos no espaço-tempo curvo, exatamente como a energia é transferida dos buracos negros para a radiação permanece uma questão em aberto.
O grande problema que sempre tivemos com os buracos negros é o mesmo: a observação direta da radiação Hawking é atualmente impossível. Na verdade, espera-se que o sinal seja tão fraco que nunca conseguiremos distingui-lo da radiação de fundo que permeia o universo.
É aqui que os físicos são criativos.
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Em vez de estudar diretamente os buracos negros, eles constroem sistemas de laboratório que obedecem à mesma física subjacente.
Alguns são surpreendentemente simples, como água escorrendo por um ralo para simular o fluxo do espaço-tempo em torno de um buraco negro. Outros usam condensados ultrafrios de Bose-Einstein ou cadeias de átomos para recriar a física do horizonte de eventos.
O análogo usado para este estudo foi um avançado Há uma década Pelo co-autor do estudo Wolf Leonhart, do Instituto Weizmann de Ciência em Israel.
Ele usa pulsos de laser muito rápidos viajando através de uma fibra óptica com padrão especial. Um pulso altera as propriedades ópticas da fibra o suficiente para produzir um horizonte incidente análogo para o segundo pulso.
Experimentos anteriores usando esta configuração reproduziram a própria radiação Hawking. Desta vez, os investigadores procuravam algo mais subtil – pequenas reações que revelassem como a energia é transferida de um buraco negro analógico para a radiação que emite.
Para entender a reação, pode ser útil pensar em Newton por um segundo.
Imagine que você e um amigo andam de patins. Se você afastar seu amigo, ele seguirá em frente – mas você também recuará. Toda ação tem uma reação – Terceira lei do movimento de Newton.
A reação reversa é a versão análoga do buraco negro desse recuo. Como a radiação Hawking transporta energia, o sistema que a produziu deve libertar uma quantidade equivalente de energia. Detectar essa pequena perda de energia é o que os pesquisadores estavam tentando fazer.
Quando enviaram pulsos de laser pela fibra óptica, os pesquisadores não estavam olhando para o amigo. Eles procuravam o efeito do choque no empurrador – uma pequena mudança no pulso de laser que produzia a radiação analógica de Hawking.
Eles encontraram – e aqui está a maravilha.
Anteriormente, os físicos pensavam que a radiação Hawking vista em análogos de buracos negros surgia através de uma complexa cascata de interações ópticas. Em vez disso, as novas descobertas apontam para um mecanismo único e direto que explica naturalmente tanto a radiação como a reação inversa.
“Nossos experimentos e a teoria subjacente mostram que a radiação Hawking é o resultado de um processo direto, se a interação entre a radiação e o campo gravitacional equivalente for biconvexa.” Os pesquisadores escrevem em seu artigo.
“Talvez os buracos negros astrofísicos irradiem através de um processo tão simples e direto como o nosso. O feedback resultante descreverá em detalhes microscópicos como o buraco negro evapora.”
Observar o mesmo processo em torno de um buraco negro real pode ser impossível num futuro próximo.
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Mas se o processo acabar por ser outro tipo de análogo de buraco negro, isso fortaleceria o argumento de que os investigadores identificaram algo fundamental sobre a radiação Hawking.
Se assim for, poderia ajudar a resolver alguns dos problemas mais espinhosos da física teórica dos buracos negros.
“Todos esses dados podem lançar luz sobre o paradoxo”, Os pesquisadores escrevem“Um problema com o qual Hawking lutou até seu último artigo de 2018.”
Novo artigo publicado a natureza.
Este artigo foi verificado por Jess Cockerill e editado por Michael Irving. Embora nos orgulhemos de nosso processo, somos apenas humanos. Se você encontrar um erro, avise-nos.
