Em fevereiro deste ano, os astrônomos fizeram uma descoberta monumental. Quase cem anos após a previsão de Albert Einstein, os cientistas finalmente descobriram as ondas gravitacionais - "ondulações no espaço-tempo", iluminadas pela radiação de dois buracos negros em fusão. Essa observação foi uma confirmação muito clara da teoria geral da relatividade de Einstein, mas, ao mesmo tempo, esse evento foi uma prova ousada de que as leis dessa teoria param de funcionar assim que atingem o horizonte de eventos dos buracos negros.
Desde fevereiro deste ano, o Observatório de Ondas Gravitacionais Interferométricas a Laser (LIGO) viu ondas gravitacionais um total de três vezes. Os pesquisadores finalmente deram uma olhada nas descobertas e agora afirmam ter encontrado evidências do que eles chamam de "ecos" dentro das ondas que desafiam as previsões de Einstein sobre buracos negros.
Essas declarações estão atualmente publicadas na biblioteca científica online ArXiv.org, onde podem ser analisadas por outros membros da comunidade de físicos antes de serem apresentadas à revisão por pares. Portanto, há uma probabilidade muito real de que fatos novos sejam encontrados dentro da estrutura de uma análise externa dos dados sobre as observações desses ecos. Além disso, as evidências apresentadas foram fornecidas com uma precisão de 5 Sigma, que é o padrão ouro no mundo da física. Isso significa que em 3,5 milhões há uma possibilidade de que as observações sejam pura coincidência.
No entanto, se outros estudos mostrarem que esse "eco" está realmente presente, então para a física será um grande acontecimento. Anteriormente, foi sugerido que as leis da relatividade geral se desintegram em pedacinhos ao se aproximar do centro dos buracos negros, mas essa descoberta mostrará que as leis também param de funcionar nas fronteiras desses fenômenos espaço-tempo. Se for assim, então este pode ser o início do nascimento das leis de uma física completamente nova.
“A descoberta do LIGO e de outras organizações em perspectiva oferece uma oportunidade incrível de explorar novas leis físicas”, diz Steve Giddings, pesquisador de buracos negros da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara, que não esteve envolvido no estudo descrito hoje.
Se os ecos se revelarem falsos, a relatividade geral só precisará passar em outro teste. Por décadas, os físicos tentaram ajustar buracos negros nessa teoria, tentando encontrar maneiras de integrá-la com a mecânica quântica, mas a teoria de Einstein está indo bem até agora.
Mas antes de continuarmos com a discussão, vamos entender o que são esses ecos e como eles se relacionam com a relatividade geral.
Tudo se resume ao chamado paradoxo da informação dos buracos negros. Segundo a teoria de Einstein, tudo o que cruza o horizonte de eventos dos buracos negros deve desaparecer, não deixando nada para trás. No sentido tradicional, isso significa que nada, nem mesmo a luz, é capaz de sair de um buraco negro (daí, aliás, o nome deste objeto).
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Recentemente, os cientistas ficaram muito intrigados ao testar essa teoria. Na verdade, de acordo com as leis da mecânica quântica, a matéria absorvida por um buraco negro pode realmente deixar um rastro na forma de informação. Então, como pode o horizonte de eventos ser descrito simultaneamente tanto do ponto de vista da relatividade geral (tudo é destruído depois de cruzar seus limites), quanto do ponto de vista da mecânica quântica (do objeto, sua informação permanece)?
Esta pergunta é uma das mais difíceis da física moderna e os cientistas ainda não conseguiram encontrar uma resposta para ela.
Uma explicação sugerida é a hipótese do firewall de 2012, que sugere que existem anéis de partículas altamente carregadas ao redor do horizonte de eventos, que incineram qualquer matéria que passe por eles.
O físico Stephen Hawking tem uma suposição diferente. Ele acredita que os buracos negros podem ser cercados por "cabelos" macios (o cabelo é, é claro, usado aqui como uma metáfora). Esses "fios de cabelo" representam distúrbios quânticos de baixa carga e armazenam em si assinaturas (informações, se preferir) de tudo que uma vez caiu em um buraco negro.
Independentemente de qual hipótese você está mais inclinado a, sua mensagem principal é a mesma: em vez do horizonte de eventos limpo previsto pela relatividade geral, os limites dos buracos negros podem ser muito mais complexos e borrados do que imaginamos. E o principal problema aqui foi que não tivemos a oportunidade de verificar de alguma forma essas suposições. Até que o LIGO detectou ondas gravitacionais.
Agora, com os dados em mãos, uma equipe internacional de pesquisadores propõe uma forma de descobrir o que está acontecendo ao redor dos buracos negros. De acordo com a nova suposição, se os horizontes de eventos dos buracos negros não se adaptam realmente às leis da relatividade geral, os ecos devem permanecer após as ondas gravitacionais iniciais.
Segundo os pesquisadores, será possível detectá-los graças aos “cabelos” que cercam o buraco negro, que estão em estado de excitação e neste momento se comportam como espelhos. Eles capturam algumas das ondas gravitacionais que escapam do buraco negro, envolvem-nas, transmitindo parte de seu estado de perturbação e, então, podem ser detectadas por instrumentos como o LIGO.
De acordo com os cálculos dos cientistas, esses ecos puderam ser detectados usando o LIGO 0,1 e 0,3 segundos após a liberação inicial da onda gravitacional. E - vejam só! Os cientistas se tornaram testemunhas disso! Além disso, o evento foi observado não apenas no âmbito da primeira detecção de ondas gravitacionais em fevereiro deste ano, mas também no âmbito das três observações de ondas gravitacionais deste ano.
É claro que deve ser entendido que os três eventos dificilmente podem ser chamados de dados estatísticos confiáveis. Portanto, embora permaneça a possibilidade de que esses ecos sejam algum tipo de ruído de fundo (1 em 270 casos, ou erro de 2,9 Sigma), outras observações ajudarão os pesquisadores a construir uma base de evidências mais sólida.
“A boa notícia é que a clareza e a sensibilidade do LIGO irão melhorar significativamente em breve, então temos uma oportunidade mais sólida nos próximos dois anos para confirmar ou negar essas observações”, disse o pesquisador principal Niaesh Afshordi.
Mesmo se os ecos puderem ser confirmados, eles não responderão à questão de qual nível de imprecisão os limites dos buracos negros têm. Portanto, a solução do paradoxo da informação foi adiada por enquanto. Até agora, uma coisa é certa: uma das descobertas mais importantes da física neste ano tornou-se ainda mais tentadora.
NIKOLAY KHIZHNYAK
