Buracos negros podem crescer ‘cabelo’ quântico

Informações sobre o interior de um buraco negro podem ser impressas em seu campo gravitacional.Nesta imagem conceitual ilustrativa, um buraco negro está sugando toda a matéria próxima no espaço.

O que cai em um buraco negro, fica em um buraco negro, pelo menos de acordo com as leis da relatividade geral. Mas agora, novas pesquisas sugerem que o material dentro do buraco negro pode deixar uma impressão quântica no campo gravitacional fora dele.

Se for verdade, essa descoberta resolveria um problema de longa data na física, o paradoxo da informação do buraco negro de Stephen Hawking. Na década de 1970, Hawking calculou que os buracos negros podem não ser inteiramente ruas de mão única; eles poderiam emitir radiação térmica, agora conhecida como radiação Hawking. No entanto, essa radiação Hawking é simples radiação térmica, ou calor, e não carrega nenhuma informação sobre a origem do buraco negro ou a matéria que desapareceu dentro dele. Em outras palavras, medir a radiação em si não diria nada sobre sua história.

O paradoxo surge porque as leis da mecânica quântica afirmam que a informação não pode ser perdida; conhecer o estado final de um objeto fornece pistas sobre seu estado inicial, permitindo que você “rebobine o filme”, ​​disse Xavier Calmet, físico da Universidade de Sussex, na Inglaterra, que liderou a nova pesquisa. Se um buraco negro engole informações de forma irrevogável, essas leis não podem estar corretas. A contradição torna os buracos negros o lugar ideal para testar como a mecânica quântica e a teoria da relatividade geral de Albert Einstein se encaixam.

“O que estamos mostrando é que as duas teorias são muito mais compatíveis do que as pessoas imaginavam, que não há paradoxo”, disse Calmet à Live Science.

Buracos negros peludos

A noção de que os buracos negros têm muito poucas características para distingui-los uns dos outros é chamada de teorema sem cabelo, uma metáfora popularizada pela primeira vez pelo físico John Wheeler. A ideia é que, além da massa, carga e rotação, os buracos negros não tenham características distintivas – nenhum penteado, corte ou cor para diferenciá-los.

Em seu novo artigo, publicado em 17 de março na revista Physical Review Letters , Calmet e seus colegas descobriram que os buracos negros podem de fato ter cabelos, embora muito sutis. Os pesquisadores trabalham em gravidade quântica, campo que busca entender as forças gravitacionais por meio da mecânica quântica. Usando cálculos desenvolvidos na última década, a equipe de pesquisa comparou duas estrelas teóricas que colapsam em buracos negros do mesmo tamanho, carga e rotação, mas que têm uma composição química inicial diferente. O teorema sem cabelo sustenta que é impossível dizer se as estrelas que criaram esses dois buracos negros eram inicialmente diferentes uma da outra.

Mas os cálculos da equipe mostraram que havia diferenças no campo gravitacional ao redor do buraco negro. Especificamente, as informações sobre a composição do buraco negro foram armazenadas em grávitons, uma partícula elementar hipotética que medeia forças gravitacionais na gravidade quântica.

“Descobrimos que a gravidade quântica nos permite encontrar a diferença no campo gravitacional”, disse Calmet. “Há uma memória no campo gravitacional do que entrou no buraco negro.”

Resolvendo um paradoxo?

Há esforços para procurar informações vazando de buracos negros . O Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) está observando ondas gravitacionais, que são ondulações do espaço-tempo criadas por objetos massivos, incluindo buracos negros. Em 2037, a Agência Espacial Europeia planeja lançar três espaçonaves para detectar ondas gravitacionais do espaço, uma missão conhecida como Laser Interferometer Space Antenna (LISA).

Mas os efeitos do gráviton sugeridos nos novos cálculos são sutis e provavelmente não seriam observáveis ​​usando a tecnologia atual, disse Calmet. Eventualmente, pode haver simulações que podem lidar com a sutileza. (A radiação Hawking também não foi observada diretamente em um buraco negro real, embora tenha sido vista em simulações de buracos negros .)