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Universos fractais em expansão disforme poderiam existir nestes buracos negros

Daniele Cavalcante
·5 minutos de leitura

Muitas vezes, por falta de instrumentos capazes de observar objetos estranhos como buracos negros, a ciência se vê obrigada a trabalhar com hipóteses, modelos matemáticos e simulações de computador. Eventualmente, alguns cientistas extrapolam os modelos tradicionais e imaginam possibilidades para lá de exóticas — mas isso não significa que sejam impossíveis de serem reais. Este é o caso do novo e bizarro conceito de buracos negros fractais.

Trata-se de uma versão hipotética de buracos negros que poderiam existir em um universo diferente do nosso. Uma equipe de pesquisadores trabalhou com um conjunto matemático de uma categoria chamada “buracos negros carregados” e se deparou com algumas surpresas relacionadas ao espaço-tempo e paisagens fractais.

Esses tais buracos negros carregados fazem parte de um dos vários tipos de buracos negros hipotéticos. Eles recebem esse nome porque possuem carga elétrica (enquanto há outro tipo hipotético que não possui carga elétrica). Embora seja um conceito puramente teórico, os cientistas querem explorar as possibilidades de que eles existam, e tentam deduzir como eles seriam — e eles fazem tudo isso sempre fundamentado em muita matemática, nada é meramente aleatório ou simplesmente imaginado.

Os buracos negros carregados estariam localizados em um universo de um formato peculiar, chamado espaço anti-de Sitter, ou hiperbólico, que possui uma curvatura geométrica negativa constante. Algo mais ou menos parecido com uma sela de cavalo.

Hipóteses de possíveis formas do universo. A imagem do meio é a forma hiperbólica, que não é considerada possível para o nosso próprio universo (Imagem: Reprodução/NASA)
Hipóteses de possíveis formas do universo. A imagem do meio é a forma hiperbólica, que não é considerada possível para o nosso próprio universo (Imagem: Reprodução/NASA)

Em nosso universo não existe nada como um espaço anti-de Sitter, já que ele se opõe à forma do espaço-tempo demonstrado por Einstein. Mas esse tipo de espaço poderia existir em um universo paralelo ao nosso, por exemplo. Ele teria uma constante cosmológica negativa e isso teria algumas implicações na astrofísica dali. Por exemplo, enquanto nosso universo se expande, nesse outro universo anti-de Sitter a matéria tenderia a se condensar em um buraco negro.

Não sabemos se esses universos existem mesmo, mas se existirem, esses buracos negros carregados seriam bastante exóticos e teriam estruturas intrincadas, com possibilidades que encantaram as mentes dessa equipe de cientistas. Tanto que eles trabalharam com os cálculos necessários para saber mais sobre esses objetos hipotéticos. Eles encontraram algumas curiosidades, como o fato de que eles teriam muitas semelhanças com os buracos negros giratórios, um tipo que existe em nosso universo. E isso acabou sendo útil para ajudar a entender esses objetos do nosso cosmos real.

Mas não ficou por aí. Os pesquisadores descobriram que quando esses buracos negros carregados se tornam relativamente frios, eles criam uma "névoa" de campos quânticos ao redor de suas superfícies. Essa névoa é então puxada para dentro pela gravidade imensa do buraco negro, mas também é empurrada para fora pela força de repulsão elétrica do mesmo buraco negro. Essa névoa de campos quânticos seria um supercondutor, algo que em nosso universo pode transmitir corrente elétrica sem nenhuma resistência. Calcular como supercondutores atuam nesses cenários exóticos também ajuda a entender estruturas matemáticas de modo que seja útil em aplicações reais, no nosso mundo.

Então, essa equipe de cientistas decidiu ir mais a fundo nesse mundo da supercondutividade para descobrir o que existe abaixo da superfície desses buracos negros carregados — a partir de agora os chamaremos de buracos negros supercondutores. De acordo com o estudo, a física dentro desses buracos negros podem ser diferentes. Aliás, se entrarmos em um deles, os efeitos em nossos corpos difeririam dos efeitos que sofreríamos caso entrássemos em um buraco negro real de nosso universo.

Conceito do coração da galáxia NGC 1068, que abriga um buraco negro supermassivo (Imagem: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello)
Conceito do coração da galáxia NGC 1068, que abriga um buraco negro supermassivo (Imagem: NRAO/AUI/NSF, S. Dagnello)

Por exemplo, em buracos negros normais do nosso universo, nosso corpo sofreria algo chamado “espaguetificação”, caso entrássemos no horizonde de eventos nesses objetos. Trata-se de um processo em que esticaríamos à medida que o próprio espaço-tempo é distorcido e nossa noção de tempo deixa de fazer sentido. Nos buracos negros supercondutores, no entanto, não haveria espaguetificação. Infelizmente, no entanto, dentro desse buraco negro supercondutor a própria física também se destrói, levando embora qualquer vestígio do que poderia haver lá dentro.

Há outras implicações interessantes em um buraco negro supercondutor, tais como a possibilidade de o interior deles ser um pouco espumoso. Normalmente, as partículas dos supercondutores do nosso universo real podem oscilar, criando ondas que se movem para frente e para trás. Então pode ser que nos buracos negros supercondutores próprio espaço vibre para frente e para trás. Se você cair dentro de um deles, será uma experiência um tanto esquisita dentro de um lugar ligeiramente espumoso que oscila em ondas de um lado para o outro.

Mas e quanto às fractais mencionadas no início? Bem, é que se entrarmos ainda mais nesses buracos negros supercondutores, podemos nos deparar com um universo em expansão. Isso mesmo, um universo em miniatura se expandindo dentro do buraco negro — exatamente como uma fractal. Só que ao contrário da expansão do nosso cosmos real, onde tudo é constante e simétrico, seria um lugar bizarro onde o espaço pode se esticar e se deformar em taxas diferentes em direções diferentes.

Ainda semelhante à matemática das fractais, esses buracos negros supercondutores poderiam, dependendo da temperatura, desencadear uma nova rodada de vibrações ondulares, que então criariam um novo ciclo de expansão do espaço, que por sua vez desencadeia uma nova rodada de vibrações, que então criam um novo ciclo de expansão, e… assim por diante, em escalas cada vez menores e potencialmente infinitas. Se você já viu uma fractal, entenderá o conceito. Se não viu, aqui está:

Em uma fractal, as partes separadas repetem os traços e a aparência do todo completo, apresentando um padrão repetitivo, tornando difícil dizer se estamos olhando para uma parte ampliada ou para o objeto completo (Imagem: Reprodução/Wolfgang Beyer)
Em uma fractal, as partes separadas repetem os traços e a aparência do todo completo, apresentando um padrão repetitivo, tornando difícil dizer se estamos olhando para uma parte ampliada ou para o objeto completo (Imagem: Reprodução/Wolfgang Beyer)

Então, resumindo, neste universo anti-de Sitter, onde o tecido do espaço se forma de maneira oposta ao nosso, os buracos negros seriam do tipo carregado e supercodutores, e dentro deles poderiam existir um caminho para apreciarmos uma fractal de universos em expansões bizarras e distorcidas, repetindo-se infinitamente — ou quase, já que no centro dessa fractal, encontraríamos a singularidade, o ponto minúsculo e denso onde estaria cada pedaço de matéria que já caiu no buraco negro. Ali, já não é mais possível calcular o que poderia acontecer, pois toda a física se desintegra.

O novo estudo foi publicado pelos pesquisadores no arXiv e aguarda a revisão de pares.

Fonte: Canaltech

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