Correio de Carajás

Observações confirmam teorema de Hawking sobre buracos negros pela 1ª vez

Foto: Reprodução/Pinterest
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Ideia proposta há 50 anos já havia sido comprovada por meio da matemática, mas cientistas ainda não haviam conseguido detectar fenômenos naturais que a reiterassem

Cinquenta anos após ser proposto por Stephen Hawking, o teorema da área foi confirmado por observações de ondas gravitacionais feitas por cientistas dos Estados Unidos e divulgada nesta quinta-feira (1), em um estudo publicado no periódico científico Physical Review Letters. Criada em 1971, a proposição afirma que a área do horizonte de eventos de um buraco negro, ou seja, a fronteira da qual nada consegue escapar dessa região do espaço-tempo, nunca pode diminuir.

A proposta já havia sido comprovada matematicamente, mas esta é a primeira confirmação observacional do fenômeno. Ela se deu a partir da análise da primeira onda gravitacional já detectada, chamada de GW150914 e descoberta em 2015 pelo Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser (Ligo). O sinal é um produto da junção de dois buracos negros em espiral, que geraram não apenas um novo buraco negro mas também propagaram uma grande quantidade de energia na forma de ondas gravitacionais durante o processo.

Segundo o teorema de Hawking, a área desse terceiro buraco negro não deveria ser menor do que a total dos dois objetos que o originaram. E, de acordo com os cálculos dos físicos, a área final desse novo horizonte de eventos realmente não diminuiu — resultado divulgado com 95% de confiabilidade.

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Agora, os próximos passos da equipe incluem analisar outras detecções de ondas gravitacionais e checar se elas também obedecem a regra de Hawking ou se dão sinais que podem levá-los a novos desafios e leis da física.

“É possível que haja um zoológico de diferentes objetos compactos e, embora alguns deles sejam os buracos negros que seguem as leis de Einstein e Hawking, outros podem ser feras ligeiramente diferentes”, diz o autor principal, Maximiliano Isi, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), em comunicado. “Então, não é como se você fizesse este teste uma vez e acabou. Você faz isso uma vez e é o começo.”

O início de tudo

A dercoberta anunciada hoje é um marco para uma discussão de cinco décadas. Ao ser proposto por Stephen Hawking em 1971, o teorema da área surpreendeu cientistas da época por traçar paralelos com a segunda lei da termodinâmica, segundo a qual a entropia (uma grandeza que mede o grau de desordem dentro de um objeto) nunca pode diminuir. Isso sugeria que os buracos negros, que até então eram consideradas regiões que nunca deixavam a energia escapar ou ser irradiada, podiam se comportar como objetos termais e que emitiam calor.

Em 1974, o físico britânico adequou as duas teorias, mostrando que os buracos negros podem ter entropia e, levando seus efeitos quânticos em consideração, emitir radiação em escalas de tempo muito longas. Apelidada de “radiação Hawking”, essa é até hoje uma das maiores revelações feitas sobre buracos negros.

Essas propostas foram muitas vezes comprovadas pela matemática — mas ainda era necessário observá-las na natureza. Em 2015, quando as primeiras ondas gravitacionais foram detectadas, um novo capítulo começou sobre essa discussão. “A detecção poderia confirmar o teorema?”, perguntou Hawking ao físico teórico Kip Thorne, cofundador do Ligo, assim que soube do achado.

Na época, a resposta era negativa, pois não era possível calcular a área do horizonte de eventos com as informações obtidas até então. Somente em 2019 a equipe de Isi desenvolveu uma técnica para responder às questões de um dos cientistas mais importantes da história.

Mãos à obra

A pedido de Thorne, os cientistas desenvolveram uma forma de estimar a área inicial e final da fusão dos dois buracos negros que emitiram a GW150914. Para isso, eles analisaram a onda gravitacional antes e depois de seu pico, que determinava o momento exato em que os buracos negros colidiram.

Um modelo foi responsável por analisar o sinal emitido no momento em que os dois objetos ainda estavam em espiral. Ao calcular a massa e a rotação dos objetos, o método estimou que a área total do horizonte de eventos corresponde a 235 mil quilômetros quadrados (km²), um pouco menor do que o estado de São Paulo, que tem 248 mil km².

A mesma técnica foi aplicada para extrair as reverberações da formação do novo buraco negro, de modo que o objeto recém-formado tem uma área de 367 mil km². “Os dados mostram com grande confiança que a área do horizonte aumentou após a fusão e que a lei da área é cumprida com uma probabilidade muito alta”, diz Isi. “Foi um alívio saber que nosso resultado concorda com o paradigma que esperamos e confirma nosso entendimento dessas complicadas fusões de buracos negros.”

(Fonte: Revista Galileu)

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