Os buracos negros são os objetos mais misteriosos e fascinantes do universo. Eles são tão poderosos que distorcem a própria estrutura do espaço e do tempo e nem mesmo a luz pode escapar deles. Pesquisas sobre eles aparecem a todo o tempo, mostrando quão extremos eles são. De acordo com a teoria da relatividade geral de Einstein, no centro de um buraco negro está uma singularidade, um lugar onde a massa equivalente a de muitas estrelas é esmagada em um volume exatamente igual a zero.

“Flashes” quânticos podem estar gerando nossa gravidade

No entanto, tudo que sabemos sobre os buracos negros pode ser revisto após a apresentação de dois trabalhos, publicados em 10 de dezembro nos periódicos Physical Review Letters e Physical Review D. Os buracos negros podem não durar para sempre, e é possível que tenhamos entendido mal a natureza deles e como é o seu centro – as famosas singularidades podem nem sequer existir.

Gravidade quântica em loop

A ideia de não há uma singularidade no meio dos buracos negros não é exatamente nova. Astrônomos e físicos há muito afirmam que a ideia de uma singularidade simplesmente deve estar errada. Se um objeto com massa não tiver tamanho, ele teria densidade infinita. E infinitos desse tipo não existem na natureza. Em vez disso, quando você encontra um infinito em uma situação real, física e científica, o que isso realmente significa é que a matemática usada chegou ao limite e uma nova matemática é necessária.

Em uma matéria publicada no portal Live Science a respeito das novas descobertas, há um exemplo claro disso. “A lei da gravidade de Newton diz que a força da atração gravitacional muda na escala de um sobre a distância ao quadrado entre dois objetos. Então, se você pegasse uma bola longe da Terra, ela teria um certo peso. Ao aproximá-la da Terra, o peso aumentaria. Levando essa equação ao extremo, ao levar o objeto ao centro da Terra, ele experimentaria uma força infinita. Mas isso não acontece”.

Em vez disso, à medida que você aproxima o objeto da superfície da Terra, a lei da gravidade de Newton não se aplica mais. É preciso levar em consideração a distribuição da massa da Terra, e isso significa que você precisa usar equações diferentes e mais complexas que prevêem comportamentos diferentes.

Da mesma forma, a teoria da relatividade geral de Einstein prevê que uma singularidade de densidade infinita existe no centro dos buracos negros, mas, segundo alguns pesquisadores, isso não pode ser verdade. É aí que entra outra teoria para a gravidade, chamada de gravidade quântica.

Na verdade, não há uma teoria única da gravidade quântica. Em vez disso, propostas teóricas específicas foram feitas para descrever a gravidade como ela é no microcosmo. Uma delas é chamada gravidade quântica em loop.

“A relatividade geral clássica prediz que um buraco negro vive para sempre e que o seu centro é uma “singularidade” onde o espaço e o tempo terminam. Essas previsões não são realistas porque desconsideram os efeitos quânticos. Para lidar com esses efeitos, precisamos de uma teoria quântica da gravidade. Nós não temos consenso sobre tal teoria, mas temos candidatas, algumas das quais estão agora chegando ao ponto de permitir cálculos reais sobre o comportamento quântico dos buracos negros. A gravidade quântica em loop, que tem uma estrutura conceitual limpa e uma formulação matemática bem definida baseada na representação do tecido do espaço como uma rede de spin que evolui no tempo, é uma dessas teorias”, explica Carlo Rovelli, líder do grupo de pesquisa de gravidade quântica da Universidade de Aix-Marseille, na França, em artigo que escreveu para o portal Physics.org.

Sem singularidades

A gravidade quântica em loop prediz que o espaço-tempo é quantificado com uma unidade ou pedaço de espaço e tempo além da qual o espaço-tempo não pode ser subdividido.

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Ela é uma teoria matemática difícil que resistiu à realização de previsões ??dentro de buracos negros. No entanto, Abhay Ashtekar e Javier Olmedo, da Universidade Estadual da Pennsylvania, e Paramount Singh, da Universidade Estadual da Louisiana, ambas nos EUA, aplicaram a gravidade quântica em loop ao centro dos buracos negros. Eles afirmam que o resultado não resulta em uma singularidade.

O cálculo prevê que o espaço-tempo é curvado muito fortemente perto do centro do buraco negro. Aí as coisas começam a ficar interessantes: o resultado é que o espaço-tempo continua para uma região no futuro que tem a estrutura de um buraco branco. Um buraco branco é um buraco negro no sentido inverso: ao contrário de um buraco negro, que puxa a matéria para dentro, um buraco branco dispara a matéria para fora.

“Este resultado dá suporte a uma hipótese sob investigação por numerosos grupos de pesquisa: o futuro de todos os buracos negros pode ser converte-se em um buraco branco real, do qual a matéria que caiu dentro pode saltar para fora. No entanto, as teorias existentes não foram capazes de mostrar completamente uma maneira desse salto acontecer. Que a gravidade quântica em loop consiga fazer isso é uma indicação de que essa teoria amadureceu o suficiente para lidar com situações do mundo real”, acredita Rovelli.

Talvez haja outra maneira de imaginar o que eles estão prevendo. É bem conhecido que em fortes campos gravitacionais, o tempo diminui. E os buracos negros contêm os campos gravitacionais mais fortes do universo. Por causa disso, uma interpretação possível desse novo trabalho é que a matéria cai em um buraco negro e depois “salta”, atirando a massa de volta através do cosmos. Como o tempo é tão lento no centro de um buraco negro, esse processo está demorando muito. Se os pesquisadores estiverem corretos, em um futuro muito distante, onde agora existem buracos negros, a matéria que estava lá dentro entrará em erupção, espalhando-se pelo universo.

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Como essa por enquanto é apenas uma teoria, que pode ou não ser verdadeira, bases experimentais são necessárias para comprovar esta linha de pensamento. Existem algumas possibilidades para isso. Os cientistas já observaram fenômenos de energia muito alta no espaço que não foram completamente explicados, como, por exemplo, a existência de raios cósmicos de energia muito alta que atingem a atmosfera da Terra e as “rajadas de rádio rápidas”, grandes quantidade de energia de rádio observadas em um período muito curto de tempo. Ambos os fenômenos poderiam ser o resultado de um buraco negro em transição para um buraco branco.

Cientistas agora devem observar como os cálculos em andamento usando gravidade quântica em loop se desdobram. Se as previsões melhorarem e começarem a se parecer mais com alguns dos inexplicáveis fenômenos astronômicos observados, pode ser que isso resulte em explicações sobre como a gravidade quântica funciona e mude nossa compreensão sobre o passado, o presente e o futuro do universo.

“Estamos apenas começando a entender a física quântica dos buracos negros, mas neste campo ainda especulativo, o resultado dos estudos de Ashtekar, Olmedo e Singh nos dá um ponto fixo bem-vindo: a gravidade em loop prevê que o interior de um buraco negro continua até um buraco branco. A importância de qualquer progresso neste campo vai além da compreensão dos buracos negros. O centro de um buraco negro é onde nossa teoria atual do espaço-tempo, como dada pela relatividade geral de Einstein, falha. Entender a física dessa região significaria entender o espaço quântico e o tempo quântico”, celebra Rovelli. [Live Science, Physics]