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Os buracos negros podem ser canibais

É o que indica estudo realizado por investigador português

2013-07-29
Vitor Cardoso é investigador e professor no Instituto Superior Técnico
Vitor Cardoso é investigador e professor no Instituto Superior Técnico
Seria, por si só, um bom argumento de ficção científica. Mas é verdade: os buracos negros podem ser canibais e “comer” o que geram. Quando dois buracos negros que se movem a velocidades próximas da luz chocam entre si, “comem” até metade das ondas gravitacionais criadas pelo próprio choque. Esta é a conclusão a que chegou o astrofísico português Vitor Cardoso, investigador e professor no Instituto Superior Técnico em Lisboa e mais três colegas, apresentada a 28 de Julho num artigo na revista científica Physical Review Letters (PRL). 
De acordo com a teoria da relatividade geral todos os astros, ao moverem-se no espaço-tempo, criam ondas gravitacionais, ondulações no espaço-tempo que se propagam à velocidade da luz. “As ondas gravitacionais foram previstas por Einstein, já lá vão quase cem anos”, refere Cardoso, “e a comunidade científica tem feito um esforço descomunal nos últimos dez anos para tentar detetá-las directamente.” Mas sem sorte.

Emanuele Berti está na Universidade de Mississippi
Emanuele Berti está na Universidade de Mississippi
O estudo realizado por Vitor Cardoso, Ulrich Sperhake da Universidade de Cambridge, Grã-Bretanha, Emanuele Berti da Universidade de Mississippi e Frans Pretorius da Universidade de Princeton, ambas nos Estados Unidos, tinha como objectivo “testar a conjetura que em inglês se chama “matter doesn’t matter” (“matéria não interessa”), indica Cardoso. Esta conjetura defende que a colisão de dois objectos movendo-se a velocidades próximas da luz dá sempre origem a um buraco negro. “Colidir duas canecas ou colidir duas pessoas a grandes velocidades, não interessa” afirma, rematando “o resultado final é sempre um buraco negro.”

Para comprovar a conjetura “matter doesn’t matter”, Cardoso e os seus colegas simularam a colisão de dois buracos negros com uma característica comum: moverem-se a velocidades próximas da velocidade da luz. “Utilizamos buracos negros nas nossas simulações porque são objetos muito simples,” justifica Cardoso.

“Quando estávamos a fazer o trabalho apercebemo-nos que havia algo que parecia mais interessante: Se a colisão entre os buracos negros não for uma colisão frontal, o processo gera ondas gravitacionais que são absorvidas pelos buracos negros.”

Ulrich Sperhake pertence à Universidade de Cambridge
Ulrich Sperhake pertence à Universidade de Cambridge
De acordo com as simulações realizadas por Cardoso e os seus colegas durante a colisão os buracos negros “absorvem 50% da energia cinética inicial”. O resultado final, descreve Cardoso são “buracos negros com menos energia e mais massa, mais lentos mas muito grandes”.

O estudo a ser publicado pela Physical Review Letters poderá ter consequências mais profundas para a astrofísica, no que toca à relação entre as duas teorias basilares da física, a teoria da relatividade geral e a teoria da mecânica quântica. Em conjunto, estas duas teorias explicam os fenómenos que conhecemos. Mas existem pontos em que estas teorias não parecem ser compatíveis.

Em 1969 o físico e matemático britânico Roger Penrose apresentou a conjetura da censura cósmica para lidar com um desses pontos, relativo ao que acontece no interior de um buraco negro.

A teoria da relatividade prevê que no interior de todos os buracos negros existe uma zona, chamada singularidade, em que se concentra toda a massa do buraco negro e que tem uma densidade infinita. Mas “a teoria não está preparada para ter infinitos”, aponta Cardoso. “Além disso, para densidades muito grandes, espera-se que a teoria da mecânica quântica entre no jogo. E nós não sabemos como havemos de pôr mecânica quântica em relatividade geral.”

Frans Pretorius da Universidade de Princeton
Frans Pretorius da Universidade de Princeton
A conjectura da censura cósmica defende que a singularidade de um buraco negro não é visível do exterior porque está sempre protegida pelo horizonte de evento, que Cardoso descreve como “o limite de um buraco negro a partir do qual a luz não sai e portanto a partir do qual não se tem informação nenhuma sobre o que se passa lá dentro.” Assim, continua Cardoso, “mesmo que a teoria da mecânica quântica seja precisa para descrever essa singularidade, nenhum observador no Universo quer saber disso, porque nenhum efeito quântico vai ‘sair’ cá para fora”.

Caso existissem excepções à conjectura da censura cósmica, iria “existir uma classe de objetos no Universo que precisariam da mecânica quântica para serem compreendidos” explica Cardoso, “e como não se sabe incorporar a mecânica quântica na relatividade geral, isso impediria o conhecimento desses objetos”, com consequências muito gravosas para a astrofísica e a cosmologia.

Mas, indica Cardoso, “o nosso estudo indica que quando dois buracos negros colidem, o horizonte de eventos continua a existir” e como tal “o estudo sugere que o censor cósmico funciona”.  

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