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Em destaque: A única coisa que todos 'sabemos' sobre buracos negros é que nada escapa ao seu poder inelutável.
A única coisa que todos 'sabemos' sobre buracos negros é que nada escapa ao seu poder inelutável. Isso é em grande parte verdade – mas, desde a década de 1970, físicos previram que buracos negros poderiam perder energia lentamente na forma de radiação térmica. Essa é a radiação Hawking e, embora tenha sido recriada em análogos de laboratório, o mecanismo pelo qual ela absorve energia de um buraco negro, conhecido como retroação, permaneceu um mistério.
Agora, em um análogo de buraco negro feito – ironicamente – de luz, uma equipe de físicos liderada por Lorenzo Procopio, da Universidade de Paderborn, na Alemanha, observou um análogo da retroação da radiação Hawking. Suas descobertas foram publicadas na revista Nature. "Isso simplifica a compreensão teórica e abre novas maneiras de calcular efeitos em tais sistemas", diz Procopio.
"Pode até mesmo esclarecer como a radiação Hawking surge no contexto da gravidade. " Buracos negros são os objetos mais estranhos e extremos do Universo. Eles são tão incrivelmente densos que, uma vez que você se aproxima o suficiente, não há como escapar de sua atração gravitacional. Pense em um foguete deixando a Terra.
Ele precisa atingir uma certa velocidade, conhecida como velocidade de escape, para se libertar da gravidade do planeta. De um buraco negro, não há nada no Universo que possa atingir a velocidade de escape, nem mesmo a luz. A distância do centro de um buraco negro que marca o ponto além do qual a luz não pode mais escapar é o horizonte de eventos.
A radiação Hawking, proposta pela primeira vez pelo físico Stephen Hawking em 1974, é uma radiação de corpo negro prevista para surgir de efeitos quânticos perto do horizonte de eventos de um buraco negro. No entanto, embora a radiação Hawking seja uma previsão robusta e amplamente aceita da teoria quântica de campos no espaço-tempo curvo, exatamente como a energia é transferida do buraco negro para a radiação permanece uma questão em aberto.
Bastidores: Isso é em grande parte verdade – mas, desde a década de 1970, físicos previram que buracos negros poderiam perder energia lentamente na forma de radiação térmica.
O grande problema é o mesmo que sempre temos com buracos negros: a observação direta da radiação Hawking é atualmente impossível. De fato, espera-se que o sinal seja tão fraco que talvez nunca consigamos distingui-lo da radiação de fundo que permeia o Universo. É aqui que os físicos mostram sua criatividade.
Em vez de estudar buracos negros diretamente, eles constroem sistemas de laboratório que obedecem aos mesmos princípios físicos. Alguns são surpreendentemente simples, como a água escorrendo por um ralo para simular o fluxo do espaço-tempo ao redor de um buraco negro. Outros usam condensados de Bose-Einstein ultrafrios ou cadeias de átomos para recriar a física de um horizonte de eventos.
O análogo usado neste estudo foi desenvolvido há mais de uma década pelo coautor do estudo, Ulf Leonhardt, do Instituto Weizmann de Ciências, em Israel. Ele utiliza pulsos de laser ultrarrápidos que viajam por uma fibra óptica com um padrão especial. Um pulso altera as propriedades ópticas da fibra o suficiente para criar o análogo de um horizonte de eventos para o segundo pulso.
Experimentos anteriores usando essa configuração recriaram a própria radiação Hawking. Desta vez, os pesquisadores buscavam algo mais sutil: a minúscula retroação que revela como a energia é transferida do buraco negro análogo para a radiação que ele emite. Para entender a retroação, pode ser útil pensar em Newton por um instante.
Imagine que você e um amigo estão de patins. Se você empurrar seu amigo, ele rolará para frente, mas você também rolará para trás. Toda ação tem uma reação – a terceira lei de Newton. A retroação é a versão desse recuo em um análogo de buraco negro. À medida que a radiação Hawking transporta energia, o sistema que a criou deve liberar uma quantidade equivalente de energia.
Detectar essa minúscula perda de energia era o que os pesquisadores estavam tentando fazer. Quando enviaram os pulsos de laser pela fibra óptica, os pesquisadores não estavam observando o amigo rolando para longe. Eles estavam procurando o efeito do empurrão sobre quem o empurrou – uma pequena alteração no pulso de laser que gerou a radiação Hawking análoga.
Em síntese: Essa é a radiação Hawking e, embora tenha sido recriada em análogos de laboratório, o mecanismo pelo qual ela absorve energia de um buraco negro, conhecido como retroação, permaneceu um mistério.
Um diagrama ilustrando um horizonte de eventos análogo emitindo radiação Hawking. (Procopio et al. , Nature, 2026) Eles encontraram – e aqui está a surpresa. Anteriormente, os físicos acreditavam que a radiação Hawking observada em análogos de buracos negros surgia por meio de uma complexa cascata de interações ópticas.
Em vez disso, os novos resultados apontam para um único processo direto que explica naturalmente tanto a radiação quanto a retroação. "Nosso experimento e a teoria subjacente mostram que a radiação Hawking é o resultado de um processo direto, se a interação entre a radiação e o equivalente da gravidade.
" "O campo é biquadrático", escrevem os pesquisadores em seu artigo. "Talvez os buracos negros astrofísicos irradiem por um processo tão simples e direto quanto o nosso. " A reação resultante descreveria em detalhes microscópicos como os buracos negros evaporam. " Observar o mesmo processo em torno de um buraco negro real provavelmente permanecerá impossível num futuro próximo.
Relacionado: Cientistas podem ter detectado a primeira assinatura do horizonte de eventos de um buraco negro. Mas se o mecanismo aparecer em outros tipos de análogos de buracos negros, isso reforçaria a hipótese de que os pesquisadores identificaram algo fundamental sobre a própria radiação Hawking.
Se for esse o caso, poderia ajudar a resolver alguns dos problemas mais complexos da física teórica de buracos negros. "Tudo isso poderia lançar luz sobre o paradoxo da informação", escrevem os pesquisadores, "um problema com o qual Hawking lutou até seu último artigo, de 2018. " O novo artigo foi publicado na Nature.
Este artigo foi verificado por Jess Cockerill e editado por Michael Irving. Embora nos orgulhemos do nosso processo, somos apenas humanos. Se você encontrar algum erro, por favor, nos avise. As notícias do ScienceAlert são escritas, verificadas e editadas por humanos, nunca geradas por IA. Não perca nenhuma notícia, inscreva-se aqui.
Fonte original:
Physicists Simulated a Black Hole in a Lab. Then It Started to 'Evaporate'.
Categorias: Mundo, Ciência, Breaking News
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