Cientistas do Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) nos Estados Unidos comprovaram pela primeira vez um dos teoremas mais importantes sobre buracos negros. Cientistas do MIT nos Estados Unidos comprovaram um dos teoremas mais importantes sobre buracos negros, a de que seu horizonte de eventos nunca deve diminuir, observando uma onda gravitacional resultado da colisão de dois buracos negros
Ligo
Cinquenta anos depois, um grupo de cientistas confirmou um dos teoremas mais famosos do físico britânico Stephen Hawking.
É a teoria da área dos buracos negros. Segundo essa proposição, a área do horizonte de eventos de um buraco negro jamais pode diminuir. O horizonte de eventos é a fronteira ao redor de um buraco negro da qual nada, nem mesmo a luz, pode escapar, engolida pela força de sua gravidade.
Cientistas do prestigiado Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, na sigla em inglês), nos Estados Unidos, e de outros centros de pesquisa, liderados pelo físico Maximiliano Isi, foram os primeiros a confirmar essa teoria. E o fizeram a partir da observação de ondas gravitacionais.
Apesar de processos muito extremos ocorrerem dentro de um buraco negro, no qual não se aplicam as leis físicas que acreditamos ser universais, "é curioso que coisas semelhantes às leis da termodinâmica aconteçam no nível microfísico", explica Isi à BBC News Mundo, o serviço de notícias em espanhol da BBC.
A pesquisa de Isi e seus colegas foi publicada em 1º de julho na revista científica Physical Review Letters.
Os buracos negros são um dos fenômenos mais enigmáticos do universo.
Para que se formem, uma estrela deve primeiro morrer.
Além disso, tudo que entra em um buraco negro nunca consegue escapar, nem mesmo a luz. E em seu centro, o tempo e o espaço param.
Embora até 2019 ninguém tivesse visto um buraco negro, a prova de sua existência estava nas equações da teoria da relatividade geral de Albert Einstein.
Físico britânico Stephen Hawking esboçou algumas das teorias mais importantes sobre os buracos negros
Santi Visalli/Getty Images via BBC
Qual é a teoria de Hawking?
Stephen Hawking, o famoso físico britânico que morreu em 2018, propôs esse teorema — um dos mais importantes sobre a mecânica dos buracos negros — em 1971.
O teorema prevê que a área total do horizonte de eventos de um buraco negro nunca deve diminuir.
Essa proposição é paralela à segunda lei da termodinâmica.
Ela indica que a entropia também nunca deve diminuir. Entropia é uma grandeza usada na termodinâmica para medir o grau de desordem em um sistema. Quanto maior a entropia em um processo físico ou químico, menos organizado e mais aleatório ele é.
A semelhança entre as duas teorias sugere que os buracos negros podem se comportar como objetos térmicos que emitem calor.
Mas essa proposição era confusa, uma vez que se acreditava que os buracos negros, por sua própria natureza, nunca deixavam escapar ou irradiar energia.
"Hawking conseguiu coordenar essas ideias em 1971, mostrando que os buracos negros têm entropia e emitem radiação em escalas de tempo muito longas se seus efeitos quânticos forem levados em consideração", diz um comunicado do MIT.
Este fenômeno foi chamado de "radiação Hawking" e é uma das revelações mais importantes sobre os buracos negros.
Mas os cientistas ainda não tinham sido capazes de verificar visualmente esse teorema.
Cinquenta anos depois, isso foi possível.
Como os cientistas conseguiram confirmá-lo?
O mais importante para Isi, para além da curiosidade natural despertada por buracos negros, era "corroborar o total paralelismo de certas leis dos buracos negros com as leis da termodinâmica". Neste caso, a entropia, diz ele.
"Com este estudo, confirmamos com alguma precisão essa previsão fundamental de Hawking sobre como os buracos negros deveriam funcionar."
"É muito importante que essas teorias, até agora principalmente abstratas, possam ser abordadas por meio de uma análise observacional", acrescenta o especialista.
Até agora, o teorema de Hawking tinha sido provado matematicamente, mas nunca tinha sido visualizado na natureza.
No estudo, a equipe analisou cuidadosamente a onda gravitacional GW150914, a primeira capturada diretamente pelo observatório LIGO (Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser, um projeto de observação de ondas gravitacionais de origem cósmica).
Essa onda gravitacional é chamada de GW150914 pelas siglas de "Gravitational Wave" (onda gravitacional) e a data de sua observação, 14 de setembro de 2015.
A onda foi produto da fusão de dois buracos negros que geraram um novo buraco negro, concentrando uma enorme quantidade de energia que ondulou através do espaço-tempo na forma de ondas gravitacionais.
Segundo o teorema de Hawking, a área final do horizonte desse novo buraco negro não poderia ser menor que a área do horizonte de seus dois buracos negros originais. Em outras palavras, a área final não poderia ter diminuído.
Com uma análise da onda gravitacional GW150914, seria possível verificar isso.
"Com sistemas de detecção aprimorados, pudemos observar o antes e o depois dessa colisão", explica Isi.
Sua equipe desenvolveu uma técnica para captar frequências específicas e reverberações da fusão que eles poderiam usar para calcular a massa e a rotação do buraco negro final. A massa e a rotação de um buraco negro estão diretamente relacionadas à área de seu horizonte de eventos.
Assim, conseguiram confirmar que a área não diminuiu após a fusão - ela aumentou. E esse resultado a equipe reporta com 95% de certeza.
"No futuro, quando nossos observadores continuarem a melhorar, detectaremos cada vez mais sinais com mais precisão. Com isso esperamos continuar corroborando essas leis e, um dia, conseguir descobrir algo completamente novo", diz Isi à BBC News Mundo.
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