Buracos negros tradicionais, como previsto pela teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein, contêm o que é conhecido como singularidades, ou seja, pontos onde as leis da física quebram. Identificar como as singularidades são resolvidas no contexto da gravidade quântica é um dos problemas fundamentais da física teórica.

Agora, uma equipe de especialistas do Instituto de Ciências do Cosmos da Universidade de Barcelona (ICCUB) descreveu pela primeira vez a criação de buracos negros regulares a partir de efeitos gravitacionais e sem a necessidade da existência de matéria exótica exigida por alguns modelos anteriores.

Esta descoberta, publicada na revista Physics Letters B , abre novas perspectivas para melhorar nossa compreensão da natureza quântica da gravidade e da verdadeira estrutura do espaço-tempo.

O termo matéria exótica se refere a um tipo de matéria que tem propriedades incomuns não encontradas na matéria comum. Ela frequentemente tem uma densidade de energia negativa, cria efeitos gravitacionais repulsivos e pode violar certas condições de energia na relatividade geral.

A matéria exótica é amplamente teórica e não foi observada na natureza, mas é usada em modelos para explorar conceitos como buracos de minhoca, viagens mais rápidas que a luz e a resolução de singularidades de buracos negros.

O novo estudo demonstra matematicamente que uma série infinita de correções gravitacionais de ordem superior pode eliminar essas singularidades e resultar nos chamados buracos negros regulares.

Ao contrário de modelos anteriores, que exigiam matéria exótica, este novo estudo revela que a gravidade pura — sem campos de matéria adicionais — pode gerar buracos negros regulares sem singularidades.

Esta descoberta representa um afastamento significativo de teorias anteriores e simplifica as condições necessárias para buracos negros regulares.

"A beleza da nossa construção é que ela é baseada apenas em modificações das equações de Einstein previstas naturalmente pela gravidade quântica. Nenhum outro componente é necessário", diz o pesquisador Pablo A. Cano, do Departamento de Física Quântica e Astrofísica da Faculdade de Física e do ICCUB.

As teorias implantadas pela equipe do ICCUB são aplicáveis a qualquer dimensão do espaço-tempo maior ou igual a cinco. "A razão para considerar dimensões maiores do espaço-tempo é puramente técnica", diz Cano, "pois nos permite reduzir a complexidade matemática do problema."

No entanto, os pesquisadores dizem que "as mesmas conclusões devem ser aplicadas ao nosso espaço-tempo quadridimensional".

"A maioria dos cientistas concorda que as singularidades da relatividade geral devem ser resolvidas, embora saibamos muito pouco sobre como esse processo pode ser alcançado. Nosso trabalho fornece o primeiro mecanismo para alcançar isso de forma robusta, embora sob certas suposições de simetria", explica Robie Hennigar (UB e ICCUB).

"Ainda não está claro como a natureza impede a formação de singularidades no universo, mas esperamos que nosso modelo nos ajude a entender melhor esse processo", diz Hennigar.

O estudo também explora as propriedades termodinâmicas desses buracos negros regulares e revela que eles obedecem à primeira lei da termodinâmica. As teorias desenvolvidas fornecem uma estrutura robusta para entender a termodinâmica dos buracos negros de uma forma completamente universal e inequívoca. Essa consistência acrescenta credibilidade e potencial aplicabilidade às descobertas.

Os pesquisadores planejam estender seu trabalho para o espaço-tempo quadridimensional e explorar as implicações de suas descobertas em vários cenários astrofísicos. Eles também pretendem investigar a estabilidade e possíveis assinaturas observacionais desses buracos negros regulares.

"Essas teorias não apenas preveem buracos negros sem singularidade , mas também nos permitem entender como esses objetos se formam e qual é o destino da matéria que cai em um buraco negro. Já estamos trabalhando nessas questões e esperamos encontrar resultados realmente empolgantes", conclui Cano.