Apesar de sua natureza misteriosa, acredita-se que os buracos negros sigam certas regras simples. Agora, uma das mais famosas leis dos buracos negros, prevista pelo físico Stephen Hawking, foi confirmada com ondas gravitacionais.
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De acordo com o teorema da área do buraco negro, desenvolvido por Hawking no início dos anos 1970, os buracos negros não podem diminuir sua área de superfície com o tempo. O teorema da área fascina os físicos porque reflete uma regra da física bem conhecida de que a desordem, ou entropia, não pode diminuir com o tempo. Em vez disso, a entropia aumenta consistentemente .
Essa é “uma dica empolgante de que as áreas dos buracos negros são algo fundamental e importante”, diz o astrofísico Will Farr, da Stony Brook University em Nova York e do Flatiron Institute na cidade de Nova York.
A área da superfície de um buraco negro solitário não mudará - afinal, nada pode escapar de dentro. No entanto, se você jogar algo em um buraco negro, ele ganhará mais massa, aumentando sua área de superfície. Mas o objeto que chega também pode fazer o buraco negro girar, o que diminui a área da superfície. A lei da área diz que o aumento na área de superfície devido à massa adicional sempre superará a diminuição na área de superfície devido ao spin adicionado.
Para testar esta regra de área, o astrofísico do MIT Maximiliano Isi, Farr e outros usaram ondulações no espaço-tempo provocadas por dois buracos negros que espiralaram para dentro e se fundiram em um buraco negro maior. A área da superfície de um buraco negro é definida por seu horizonte de eventos - o limite de dentro do qual é impossível escapar. De acordo com o teorema da área, a área do horizonte de eventos do buraco negro recém-formado deve ser pelo menos tão grande quanto as áreas dos horizontes de eventos dos dois buracos negros originais combinados.
A equipe analisou dados das primeiras ondas gravitacionais já detectadas , que foram detectadas pelo Observatório de Ondas Gravitacionais de Interferômetro a Laser Avançado, LIGO, em 2015. Os pesquisadores dividiram os dados das ondas gravitacionais em dois segmentos de tempo, antes e depois da fusão, e calcularam as áreas da superfície dos buracos negros em cada período. A área de superfície do buraco negro recém-formado era maior do que a dos dois buracos negros iniciais combinados, sustentando a lei da área com um nível de confiança de 95 por cento , relata a equipe em um artigo que aparecerá na Physical Review Letters .
“É a primeira vez que podemos colocar um número nisso”, diz Isi.
O teorema da área é resultado da teoria geral da relatividade, que descreve a física dos buracos negros e ondas gravitacionais. Análises anteriores de ondas gravitacionais concordaram com as previsões da relatividade geral e, portanto, já sugeriram que a lei de área não pode ser totalmente errada. Mas o novo estudo “é uma confirmação mais explícita” da lei da área, diz a física Cecilia Chirenti, da Universidade de Maryland em College Park, que não esteve envolvida na pesquisa.
Até agora, a relatividade geral descreve bem os buracos negros. Mas os cientistas não entendem completamente o que acontece onde a relatividade geral - que normalmente se aplica a objetos grandes como buracos negros - encontra a mecânica quântica, que descreve pequenas coisas como átomos e partículas subatômicas. Nesse reino quântico, coisas estranhas podem acontecer.
Por exemplo, os buracos negros podem liberar uma névoa tênue de partículas chamada radiação Hawking, outra ideia desenvolvida por Hawking na década de 1970. Esse efeito poderia permitir que os buracos negros encolhessem, violando a lei de área, mas apenas por períodos extremamente longos de tempo, então não teria afetado a fusão relativamente rápida de buracos negros que o LIGO viu.
Os físicos estão procurando por uma teoria aprimorada que combine as duas disciplinas em uma teoria nova e aprimorada da gravidade quântica. Qualquer falha dos buracos negros em obedecer às regras da relatividade geral poderia apontar os físicos na direção certa para encontrar essa nova teoria.
Portanto, os físicos tendem a ficar mal-humorados com o sucesso duradouro da relatividade geral, diz Farr. “Nós pensamos, 'ah, estava certo de novo.'”
Fonte:APS Physics
Texto: Emily Conover
A escritora de física Emily Conover tem um Ph.D. em física pela Universidade de Chicago. Ela é duas vezes vencedora do prêmio DC Science Writers 'Association Newsbrief.
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