O que está além do horizonte de eventos de um buraco negro é um mistério.
É a fronteira que marca a distância a que a luz já não consegue escapar de um buraco negro – deixando-nos a lutar por respostas sobre a aparência real de um buraco negro, sem uma forma de ver o seu interior.
Para simplificar, os livros didáticos geralmente descrevem a singularidade escondida além do horizonte de eventos como um ponto de dimensão zero de densidade infinita.
De acordo com um novo artigo que será publicado em Revisão Física Dessa simplificação pode ter ido longe demais.
Em vez disso, os físicos teóricos Andrew JS Hamilton, da Universidade do Colorado Boulder, e Tyler McMaken, da Universidade de Mary, argumentam que a singularidade é melhor compreendida como uma superfície plana e tridimensional.
“Eu brinco com meus alunos que os buracos negros sempre desafiam minha intuição”, disse Hamilton ao ScienceAlert.
“Sim, foi uma surpresa. Ao mesmo tempo, deu sentido à aparência plana da singularidade de Schwarzschild.”
Dentro de um buraco negro, o espaço cai mais rápido que a luz em direção à singularidade. Na década de 1930, os físicos passaram a imaginar essa singularidade como um ponto.
Então, na década de 1960, o quadro começou a mudar. Em um buraco negro de Kerr – aquele que gira – os físicos descobriram que o movimento dessa queda em direção à singularidade é retardado pela repulsão centrífuga, com o resultado final de que a singularidade não é um ponto, mas um anel.
Para um buraco negro de Schwarzschild – que não gira – a singularidade permaneceu um ponto. É fácil de desenhar, fácil de ensinar e relativamente fácil de entender, por isso o modelo persistiu.
No entanto, mesmo há décadas, Hamilton começou a desenvolver uma suspeita desconfortável de que a questão era uma representação deficiente da física dos buracos negros de Schwarzschild.
“A gravidade quântica é A questão central da física teórica, e as superfícies singulares dos buracos negros são onde a gravidade quântica acontece no nosso Universo.” – físico teórico Andrew JS Hamilton
Era 1998, e a curiosidade dos alunos de Hamilton em uma aula introdutória à astronomia o levou a construir visualizações relativísticas gerais de como seria cair em um buraco negro.
O que saiu foi… uma superfície.
“Relatei o que vi, mas não tentei explicar, porque não entendi”, disse.
“As evidências mostram que sim, hesitamos. A jornada de compreensão levou décadas.”
A resposta, percebeu Hamilton, estava em seguir dois observadores enquanto eles caíam no mesmo buraco negro vindos de direções opostas.
A pergunta era simples: onde eles vão parar?
Se a singularidade fosse um ponto, ambos os observadores acabariam no mesmo local.
Mas, de acordo com a relatividade geral, mostram Hamilton e McMaken, isso nunca poderá acontecer.
À medida que os observadores caem, o espaço-tempo distorcido do buraco negro impede que a luz – ou qualquer outro sinal – viaje entre eles. Eles se tornam permanentemente desconectados causalmente, o que significa que nenhum deles pode influenciar ou mesmo saber sobre os momentos finais do outro.
Hamilton e McMaken argumentam que se os observadores não puderem mais trocar informações antes de atingir a singularidade, eles não poderão convergir para o mesmo evento no espaço-tempo.
A contradição desaparece se a singularidade for uma superfície tridimensional semelhante a um espaço que cada observador alcança em um local diferente.
Ou, como Hamilton coloquei em 2010: “‘A’ singularidade não é um ponto. Em vez disso, é uma fronteira espacial tridimensional onde a relatividade geral comete suicídio.”
O trabalho não se aplica apenas aos buracos negros de Schwarzschild. As singularidades dos anéis dos buracos negros de Kerr há muito são consideradas fundamentalmente diferentes dos pontos de Schwarzschild, mas talvez os dois não sejam tão diferentes, afinal.
Em vez disso, os autores argumentam que um buraco negro de Kerr realista entraria em colapso numa superfície singular semelhante a um espaço no seu horizonte interior, tornando a sua singularidade mais parecida com a de um buraco negro de Schwarzschild do que a imagem familiar dos livros sugere.
Isso significa que o trabalho pode remodelar a forma como os físicos pensam sobre as singularidades a partir de princípios básicos.
Se a singularidade de Schwarzschild for uma superfície e não um ponto, isso muda o cenário matemático em que a relatividade geral falha – e, portanto, o ponto de partida para qualquer futura teoria da gravidade quântica.
“A gravidade quântica é A questão central da física teórica, e as superfícies singulares dos buracos negros são onde a gravidade quântica acontece no nosso Universo”, explicou Hamilton.
“Grande parte da literatura sobre gravidade quântica é abstrata e desconectada da realidade. Adoraríamos ver a comunidade evoluir em direções mais realistas.”
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A gravidade quântica é a teoria há muito procurada que uniria a relatividade geral de Einstein, que descreve a gravidade em escalas cósmicas, com a mecânica quântica, que governa o mundo quântico em escalas atômicas e subatômicas.
Ambas as teorias funcionam extraordinariamente bem por si só, mas tornam-se matematicamente incompatíveis sob condições extremas dentro de um buraco negro.
“Um objetivo elevado da física teórica moderna é uma teoria viável da gravidade quântica. Ainda não chegou lá”, disse Hamilton.
“Nossa esperança é que possamos progredir explorando os lugares onde a gravidade quântica está prestes a acontecer”.
A pesquisa foi aceita para publicação em Revisão Física D.
Este artigo foi verificado por Rebecca Dyer e editado por Rebecca Dyer. Embora nos orgulhemos de nosso processo, somos apenas humanos. Se você encontrar um erro, por favor nos avise.
