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E se buracos negros forem estrelas de Planck? É o que sugere este novo estudo

Daniele Cavalcante
·5 minuto de leitura

Buracos negros são objetos tão estranhos que deixam até mesmo os astrônomos confusos com alguns de seus aspectos. A existência deles não é mais uma dúvida — há evidências o suficiente para dizer com alto grau de segurança que existem, e já até temos uma imagem real de um deles. Mas explicar o tamanho deles é um desafio e tanto. Agora, um estudo sugere que buracos negros seriam, na verdade, estrelas de Planck.

A primeira e única imagem real de um buraco negro. O horizonte de eventos é a parte central escura, e no coração dele está a singularidade (Imagem: Reprodução/EHT Collaboration)
A primeira e única imagem real de um buraco negro. O horizonte de eventos é a parte central escura, e no coração dele está a singularidade (Imagem: Reprodução/EHT Collaboration)

Ao desenvolver sua teoria da gravidade, Albert Einstein previu que um objeto como uma estrela gigante poderia colapsar dentro de sua própria gravidade, e continuaria colapsando e encolhendo, ao passo que se tornaria mais e mais condensada — até um ponto infinitesimal chamado singularidade. A gravidade exercida por este ponto infinitamente minúsculo seria tão poderosa que, se um corpo fosse capturado por ela, precisaria ultrapassar a velocidade da luz para escapar. E tal velocidade, sabemos, é proibido pela jurisdição cósmica.

Einstein estava certo sobre todas essas conclusões, mas ele não acreditava que a singularidade poderia mesmo existir, por mais que ela seja uma implicação direta de sua própria teoria. Foi Karl Schwarzschild que, apenas um ano depois, apresentou as primeiras soluções para as equações de Einstein. Ele descreveu um universo no qual os campos gravitacionais são esfericamente simétricos, criados por uma massa localizada no centro — e com duas singularidades, uma pontual e outra radial.

Durante muito tempo a existência dos buracos negros foi alvo de polêmica na comunidade científica, com a primeira evidência a favor da existência da singularidade surgindo em 1939, quase 25 anos após Einstein elaborar sua lei relatividade. Desde então, os cientistas tiveram que lidar com o problema que estava diante de seus olhos, ou melhor, entre os dados coletados pelos grandes telescópios. Ainda hoje, mesmo que não haja mais dúvida sobre a existência de buracos negros, muitos cientistas não conseguem resolver o maior mistério: como uma singularidade pode existir?

Estrela de Planck

Os discos de acreção ao redor dos buracos negros não matéria girando em alta velocidade antes de cair no horizonte de eventos (Imagem: Reprodução/NASA/CXC/M. Weiss)
Os discos de acreção ao redor dos buracos negros não matéria girando em alta velocidade antes de cair no horizonte de eventos (Imagem: Reprodução/NASA/CXC/M. Weiss)

O maior conflito dos cientistas com a ideia de uma singularidade existir é o seu tamanho infinitamente pequeno. É que de acordo com o físico alemão Max Planck, existe um limite para o quão pequena pode ser um objeto: mais ou menos trilionésimo de metro. As leis de Planck são muito aceitas pela comunidade científica e desempenham uma função importante na física moderna. Contudo, para comprimentos inferiores ao estabelecido por Planck, tanto a mecânica quântica quanto a relatividade geral deixam de conseguir explicar os comportamentos de partículas.

Espaços inferiores ao comprimento de Planck têm sido alvo de exaustiva pesquisa pela busca de uma teoria que unifica a relatividade com a mecânica quântica, mas essa teoria ainda não foi encontrada. Também não foi encontrado nenhum meio de explicar a existência de uma singularidade através da física que conhecemos. Então, alguns cientistas teóricos, como Stephen Hawking, trabalharam com a ideia de que a singularidade simplesmente não existe, o que leva a concluir que também não há um horizonte de eventos.

Mas se não existe uma singularidade, o que é um buraco negro? A resposta poderia estar em um objeto hipotético conhecido como estrela de Planck, tão pequena quanto o comprimento de Planck. Nesse caso, os buracos negros não possuem um ponto de não retorno onde a atração gravitacional ultrapassa a velocidade da luz. Contudo, para alguém que observa a estrela de Planck à distância, o poder gravitacional dela seria tão forte que agiria como um horizonte de eventos. Essa é a explicação proposta pelos autores do novo estudo.

Claro, não existe nenhuma evidência de que as estrelas de Planck existam, então essa proposta é puramente especulativa. Mesmo assim, é válida como objeto de estudo, pois são ideias como essa que levam cientistas a buscarem respostas em lugares onde as evidências ainda não chegaram. Em outras palavras, se a estrela de Planck pode existir nos cálculos científicos, por que não procurar por elas?

Explicação para a matéria escura

Ilustração de um mapa da matéria escura no espaço. Na verdade, não podemos vê-la, apenas observar os efeitos de sua gravidade nas galáxias (Imagem: Reprodução/Tom Abel & Ralf Kaehler/AMNH)
Ilustração de um mapa da matéria escura no espaço. Na verdade, não podemos vê-la, apenas observar os efeitos de sua gravidade nas galáxias (Imagem: Reprodução/Tom Abel & Ralf Kaehler/AMNH)

Alguns cientistas já propuseram que a misteriosa matéria escura poderia ser, na verdade, um punhado de buracos negros. Essa ideia não corresponde muito bem com as observações, mas… e se buracos negros forem estrelas de Planck? Isso poderia explicar a matéria escura? O novo estudo afirma que sim. A matéria escura representa 85% da massa do universo, mas nunca foi vista porque ela não interage com a luz. Então, ela deve ser feita de uma partícula que não conhecemos, e essa partícula pode vir das estrelas de Planck.

De acordo com o físico autor do estudo, Igor Nikitin, do Fraunhofer Institute for Scientific Algorithms and Computing, na Alemanha, os núcleos das estrelas de Planck (ou seja, os objetos que chamamos de singularidade) podem emitir partículas, já que não há um horizonte de eventos. Ou seja, esses objetos são estrelas escuras que emitem algum tipo de partícula desconhecida e indetectável, e em algum momento elas poderiam se aglutinar gravitacionalmente para formar a matéria escura.

Se os buracos negros forem realmente estrelas de Planck e estiverem constantemente emitindo um fluxo de partículas de matéria escura, elas poderiam explicar os movimentos das estrelas nas galáxias — que é a evidência que astrônomos encontraram para afirmar que a matéria escura de fato existe. O artigo de Nikitin está no repositório arXiv e ainda aguarda revisão de pares.

Fonte: Canaltech

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