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Esta ilustração mostra um buraco negro antes e depois de se transformar em um buraco branco. | Por Robert Lee (criado com Canva)
Uma nova pesquisa sugere que os buracos negros formados durante o Big Bang podem ter uma vida útil muito maior do que se pensava anteriormente. De fato, esses minúsculos buracos negros primordiais podem sobreviver o suficiente para evoluir para buracos brancos energéticos com a massa de um fio de sobrancelha humano.
Acredita-se que os buracos negros primordiais tenham se formado como resultado de flutuações na matéria incrivelmente quente e densa que preenchia o universo momentos após o Big Bang. Isso contrasta com os buracos negros estelares ou "astrofísicos" que conhecemos — o colapso de estrelas massivas como… Os buracos negros primordiais permanecem indetectados e, portanto, hipotéticos.
Muitos cientistas acreditam que a dificuldade em detectar buracos negros astrofísicos se deve à sua evaporação, o que os torna inúteis no cosmos de 13,8 bilhões de anos. Isso é possível porque acredita-se que os buracos negros emitam um tipo de radiação térmica chamada "radiação Hawking", proposta por Stephen Hawking na década de 1970. Quanto menor a massa de um buraco negro, mais quente ele é e, portanto, mais rapidamente emite radiação Hawking e mais rápido evapora, um processo que se acredita culminar em uma explosão.
Buracos negros de massa estelar, centenas de vezes maiores que a massa do Sol, são massivos e frios o suficiente para "vazar" energia lentamente e sobreviver ao próprio Universo muitas vezes; por outro lado, buracos negros primordiais com massas muito menores não têm a mesma sorte — ou pelo menos era o que pensávamos. O pesquisador Daniel Paraiso, do Eberly College of Science, e seus colegas propõem uma maneira pela qual buracos negros primordiais com a massa adequada podem sobreviver a esse processo e sofrer uma transformação notável.
«"Descobrimos que os buracos negros têm vidas muito mais longas do que se pensava anteriormente", disse Paraiso ao Space.com. "Os fenômenos que descobrimos estão relacionados a buracos negros que podem ter se formado no início do universo. Esses objetos ainda não foram observados, mas sua busca é um tema importante na busca por candidatos à matéria escura. Os buracos negros começam sua morte emitindo radiação Hawking térmica. O mistério é o que acontece quando eles atingem a massa de Planck, que é de cerca de 20 microgramas.".
Um buraco negro do tamanho de um ovo de pulga.
A massa de Planck, aproximadamente 0,000000022 quilogramas, é a unidade fundamental de massa na física e é considerada incrivelmente importante porque é a partir desse ponto que as regras que governam as partículas subatômicas e a física quântica, bem como as regras que governam a gravidade e a relatividade geral como um todo, tornam-se igualmente importantes. Os físicos consideram esse o limite superior da massa de qualquer partícula elementar individual, sendo que qualquer partícula que exceda esse limite colapsa, criando um buraco negro microscópico.
Em termos comuns, a massa de Planck é aproximadamente equivalente a um fio de sobrancelha humana ou a um ovo de pulga, que é cerca de cinquenta mil vezes mais leve que uma jujuba.
Paraíso explicou que, após um buraco negro primordial evaporar até atingir a massa de Planck, tornando-se o que é conhecido como um buraco negro de Planck, existem vários destinos possíveis. Entre eles, o desaparecimento da fronteira externa que define a natureza do buraco negro — a região que aprisiona a luz ou a radiação eletromagnética, conhecida como horizonte de eventos. "O mecanismo que estamos explorando para o desaparecimento desse buraco negro do tamanho da massa de Planck é o desaparecimento gradual do horizonte que aprisiona a radiação", disse Paraíso.
A equipe realizou cálculos matemáticos que mostraram que um buraco negro primordial, formado com a massa inicial de um asteroide de tamanho médio, cerca de 1 bilhão de toneladas, se desintegra em aproximadamente um bilhão de anos e emite radiação Hawking térmica até atingir a massa de Planck. No entanto, um buraco negro primordial nascido com uma massa de apenas 1 tonelada explodiria imediatamente, atingindo instantaneamente a massa de Planck. É o que acontece a seguir que distingue os resultados do estudo de trabalhos anteriores. "É aqui que nossos resultados preveem algo novo: o raciocínio anterior indicava que os 20 microgramas restantes eram emitidos em pelo menos 1 segundo; nossa estimativa mostra que esses remanescentes de 20 microgramas são virtualmente estáveis", explica Paraiso. "Uma vez que um buraco negro atinge o limiar de 20 microgramas, descobrimos que ele começa a emitir radiação purificadora [assim chamada porque acredita-se que ela 'purifica' o estado quântico do universo] devido a um comportamento semelhante ao de um buraco branco.".
«"Portanto, embora ainda não conheçamos os processos físicos próximos ao buraco branco, encontramos um objeto com exatamente as mesmas propriedades a uma distância significativa.".
Uma ilustração de um buraco branco, um "buraco negro com o tempo invertido", repelindo matéria incessantemente. | Por Robert Lee (criado com Canva)
Os buracos brancos são outra entidade hipotética da física que supostamente são vistos como um "buraco negro com o tempo invertido" que, em vez de aprisionar matéria e radiação em seu interior como fazem os buracos negros, empurra infinitamente matéria e radiação para longe.
Quaisquer previsões adicionais sobre o destino desses buracos negros primordiais, que podem eventualmente evoluir para buracos brancos, exigirão uma teoria que combine a relatividade geral e a mecânica quântica, conhecida como "gravidade quântica", que tem teimosamente escapado aos físicos desde o início do século XX.
«"Suposições físicas simples sobre a física longe de um buraco negro podem nos dizer muito sobre seu tempo de vida e a transição para uma fase estável semelhante à de um buraco branco de 20 microgramas", disse Paraíso. "O fato de podermos deduzir essas propriedades usando apenas elementos mínimos da gravidade quântica é notável.".
Uma versão pré-revisada por pares do estudo da equipe está disponível no repositório de pesquisas arXiv.