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Buracos negros extremos têm cabelos que podem ser penteados
Uma vez que esta quantidade depende de como o buraco negro foi formado, e não apenas dos três atributos clássicos, ela viola a exclusividade do buraco negro.
Por Theiss Research - 26/01/2021


Concepção artística de um buraco negro em rotação que agrega matéria por meio de um disco de acreção e emite um jato. Crédito: NASA / JPL-Caltech

Os buracos negros são considerados um dos objetos mais misteriosos do universo. Parte de sua intriga surge do fato de que eles estão, na verdade, entre as soluções mais simples para as equações de campo da relatividade geral de Einstein. Na verdade, os buracos negros podem ser totalmente caracterizados por apenas três quantidades físicas: sua massa, rotação e carga. Uma vez que eles não têm atributos "cabeludos" adicionais para distingui-los, diz-se que os buracos negros "não têm cabelo" - buracos negros da mesma massa, spin e carga são exatamente idênticos uns aos outros.

O Dr. Lior Burko da Theiss Research em colaboração com o Professor Gaurav Khanna da University of Massachusetts Dartmouth e da University of Rhode Island ao lado de seu ex-aluno Dr. Subir Sabharwal descobriu que um tipo especial de buraco negro viola a exclusividade do buraco negro, o chamado teorema "sem cabelo" . Especificamente, a equipe estudou buracos negros extremos - buracos que são "saturados" com a carga máxima ou spin que podem carregar. Eles descobriram que há uma quantidade que pode ser construída a partir da curvatura do espaço-tempo no horizonte do buraco negro que é conservada e mensurável por um observador distante. Uma vez que esta quantidade depende de como o buraco negro foi formado, e não apenas dos três atributos clássicos, ela viola a exclusividade do buraco negro.

Esta quantidade constitui "cabelo gravitacional" e potencialmente mensurável por observatórios de ondas gravitacionais recentes e futuros, como LIGO e LISA. A estrutura deste novo cabelo segue o desenvolvimento de uma quantidade semelhante que foi encontrada por Angelopoulos, Aretakis e Gajic no contexto de um modelo de "brinquedo" mais simples usando um campo escalar e buracos negros esféricos, e o estende a perturbações gravitacionais de rotação uns.

"Este novo resultado é surpreendente", disse Burko, "porque os teoremas de unicidade do buraco negro estão bem estabelecidos, e em particular sua extensão para buracos negros extremos. Tem que haver uma suposição dos teoremas que não é satisfeita, para explicar como o teoremas não se aplicam neste caso. " Na verdade, a equipe seguiu o trabalho anterior de Aretakis, que descobriu que, embora as perturbações externas de buracos negros extremos decaem como também para buracos negros regulares, ao longo do horizonte de eventos, certos campos de perturbação evoluem no tempo indefinidamente. "Os teoremas de exclusividade pressupõem independência de tempo. Mas o fenômeno Aretakis viola explicitamente a independência de tempo ao longo do horizonte de eventos. Esta é a brecha pela qual o cabelo pode aparecer e ser penteado a uma grande distância por um observatório de ondas gravitacionais", disse Burko. Ao contrário de outros trabalhos que encontraram cabelo na escalarização de buracos negros, Burko observou que "neste trabalho estávamos trabalhando com a teoria de Einstein do vácuo, sem campos dinâmicos adicionais que modificassem a teoria e que pudessem violar o Princípio de Equivalência Forte."

A equipe usou simulações numéricas muito intensas para gerar seus resultados. As simulações envolveram o uso de dezenas de unidades de processamento gráfico (GPUs) da Nvidia com mais de 5.000 núcleos cada, em paralelo. "Cada uma dessas GPUs pode realizar até 7 trilhões de cálculos por segundo; no entanto, mesmo com essa capacidade computacional, as simulações parecem levar semanas para serem concluídas", disse Khanna.

 

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