Uma pesquisa liderada pela Universidade de Amsterdã demonstrou que a radiação indescritível proveniente de buracos negros pode ser estudada imitando-a em laboratório.

Os buracos negros são os objetos mais extremos do universo, acumulando tanta massa em tão pouco espaço que nada – nem mesmo a luz – pode escapar de sua atração gravitacional quando se aproxima o suficiente.

Compreender os buracos negros é a chave para desvendar as leis mais fundamentais que governam o cosmos, porque eles representam os limites de duas das teorias da física mais bem testadas: a teoria da relatividade geral , que descreve a gravidade como resultante da deformação (em grande escala) do espaço-tempo por objetos massivos, e a teoria da mecânica quântica , que descreve a física nas menores escalas de comprimento. Para descrever completamente os buracos negros, precisaríamos unir essas duas teorias e formar uma teoria da gravidade quântica.

Para atingir esse objetivo, podemos querer olhar para o que consegue escapar dos buracos negros, em vez do que é engolido. O horizonte de eventos é um limite intangível ao redor de cada buraco negro, além do qual não há como sair. No entanto, Stephen Hawking descobriu que todo buraco negro deve emitir uma pequena quantidade de radiação térmica devido a pequenas flutuações quânticas ao redor de seu horizonte .

Infelizmente, esta radiação nunca foi detectada diretamente. Prevê-se que a quantidade de radiação Hawking proveniente de cada buraco negro seja tão pequena que é impossível detectar (com a tecnologia atual) entre a radiação proveniente de todos os outros objetos cósmicos.

Alternativamente, poderíamos estudar o mecanismo subjacente ao surgimento da radiação Hawking aqui na Terra? É isso que pesquisadores da Universidade de Amsterdã e da IFW Dresden se propuseram a investigar. E a resposta é um emocionante "sim".

“Queríamos usar as poderosas ferramentas da física da matéria condensada para investigar a física inatingível desses objetos incríveis: buracos negros”, diz a autora Lotte Mertens.

Para isso, os pesquisadores estudaram um modelo baseado em uma cadeia unidimensional de átomos, na qual os elétrons podem "saltar" de um sítio atômico para outro. A deformação do espaço-tempo devido à presença de um buraco negro é imitada ajustando a facilidade com que os elétrons podem pular entre cada local.

Com a variação certa de probabilidade de salto ao longo da cadeia, um elétron movendo-se de uma extremidade da cadeia para a outra se comportará exatamente como um pedaço de matéria se aproximando do horizonte de um buraco negro. E, de forma análoga à radiação Hawking, o sistema modelo possui excitações térmicas mensuráveis ??na presença de um horizonte sintético.

Apesar da falta de gravidade real no sistema do modelo, considerar esse horizonte sintético fornece informações importantes sobre a física dos buracos negros . Por exemplo, o fato de que a radiação Hawking simulada é térmica (o que significa que o sistema parece ter uma temperatura fixa) apenas para uma escolha específica de variação espacial da probabilidade de salto, sugere que a radiação Hawking real também pode ser puramente térmica em certas situações .

Além disso, a radiação Hawking só ocorre quando o sistema modelo começa sem qualquer variação espacial de probabilidades de salto, imitando o espaço-tempo plano sem qualquer horizonte, antes de ser transformado em um que hospeda um buraco negro sintético. O surgimento da radiação Hawking, portanto, requer uma mudança na deformação do espaço-tempo, ou uma mudança na forma como um observador que procura a radiação percebe essa deformação.

Finalmente, a radiação Hawking requer que alguma parte da cadeia exista além do horizonte sintético. Isso significa que a existência da radiação térmica está intrinsecamente ligada à propriedade da mecânica quântica de emaranhamento entre objetos em ambos os lados do horizonte.

Como o modelo é tão simples, ele pode ser implementado em uma variedade de configurações experimentais. Isso pode incluir sistemas eletrônicos sintonizáveis, cadeias de spin, átomos ultrafrios ou experimentos ópticos. Trazer buracos negros para o laboratório pode nos aproximar um pouco mais da compreensão da interação entre gravidade e mecânica quântica e no caminho para uma teoria da gravidade quântica.

A pesquisa foi publicada na Physical Review Research .