Tecnologia Científica

Pesquisadores observam radiação Hawking estacionária em um buraco negro analógico
De acordo com suas previsões, essa radiação é espontânea (ou seja, surge do nada) e estacionária (ou seja, sua intensidade não muda muito com o tempo).
Por Ingrid Fadelli - 20/02/2021


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Os buracos negros são regiões do espaço onde a gravidade é muito forte - tão forte que nada que entre neles pode escapar, incluindo a luz. As previsões teóricas sugerem que existe um raio ao redor dos buracos negros conhecido como horizonte de eventos. Uma vez que algo passa pelo horizonte de eventos, ele não pode mais escapar de um buraco negro, pois a gravidade se torna mais forte à medida que se aproxima de seu centro.

O físico teórico Stephen Hawking previu que, embora nada possa escapar de dentro deles, os buracos negros emitem espontaneamente uma quantidade limitada de luz, que é conhecida como radiação de Hawking . De acordo com suas previsões, essa radiação é espontânea (ou seja, surge do nada) e estacionária (ou seja, sua intensidade não muda muito com o tempo).

Pesquisadores do Technion-Israel Institute of Technology realizaram recentemente um estudo com o objetivo de testar as previsões teóricas de Hawking . Mais especificamente, eles examinaram se o equivalente à radiação Hawking em um "buraco negro artificial" criado em um laboratório era estacionário.

“Se você entrar no horizonte de eventos , não há como sair, nem mesmo para a luz”, disse Jeff Steinhauer, um dos pesquisadores que realizaram o estudo. "A radiação Hawking começa fora do horizonte de eventos , onde a luz mal consegue escapar. Isso é muito estranho porque não há nada lá; é um espaço vazio. No entanto, essa radiação começa do nada, sai e vai em direção à Terra."

O buraco negro artificial criado por Steinhauer e seus colegas tinha aproximadamente 0,1 milímetro de comprimento e era feito de um gás composto por 8.000 átomos de rubídio, que é um número relativamente baixo de átomos. Cada vez que os pesquisadores tiravam uma foto dele, o buraco negro era destruído. Para observar sua evolução ao longo do tempo, eles tiveram que produzir o buraco negro, tirar uma foto dele e então criar outro. Esse processo foi repetido muitas vezes, durante meses.

A radiação Hawking emitida por este buraco negro analógico é feita de ondas sonoras, em vez de ondas de luz. Os átomos de rubídio fluem mais rápido do que a velocidade do som, portanto as ondas sonoras não podem alcançar o horizonte de eventos e escapar do buraco negro. Fora do horizonte de eventos, no entanto, o gás flui lentamente, então as ondas sonoras podem se mover livremente.

“O rubídio está fluindo rápido, mais rápido do que a velocidade do som, e isso significa que o som não pode ir contra o fluxo”, explicou Steinhauer. "Digamos que você esteja tentando nadar contra a corrente. Se esta corrente está indo mais rápido do que você pode nadar, então você não pode se mover para frente, você é empurrado para trás porque o fluxo está se movendo muito rápido e na direção oposta, então você está preso. É assim que seria ficar preso em um buraco negro e tentar alcançar o horizonte de eventos por dentro. "
 
De acordo com as previsões de Hawking, a radiação emitida pelos buracos negros é espontânea. Em um de seus estudos anteriores, Steinhauer e seus colegas foram capazes de confirmar essa previsão em seu buraco negro artificial. Em seu novo estudo, eles começaram a investigar se a radiação emitida por seu buraco negro também é estacionária (ou seja, se permanece constante ao longo do tempo).

"Um buraco negro deve irradiar como um corpo negro, que é essencialmente um objeto quente que emite uma radiação infravermelha constante (ou seja, radiação de corpo negro)", disse Steinhauer. "Hawking sugeriu que os buracos negros são como estrelas regulares, que irradiam um certo tipo de radiação o tempo todo, constantemente. Isso é o que queríamos confirmar em nosso estudo, e o fizemos."

A radiação Hawking é composta de pares de fótons (ou seja, partículas de luz): um emergindo de um buraco negro e outro caindo de volta para dentro dele. Ao tentar identificar a radiação Hawking emitida pelo buraco negro analógico que eles criaram, Steinhauer e seus colegas procuraram pares semelhantes de ondas sonoras, uma saindo do buraco negro e a outra entrando nele. Depois de identificar esses pares de ondas sonoras , os pesquisadores tentaram determinar se havia as chamadas correlações entre eles.

"Tivemos que coletar muitos dados para ver essas correlações", disse Steinhauer. "Assim, fizemos 97.000 repetições do experimento; um total de 124 dias de medição contínua."

No geral, as descobertas parecem confirmar que a radiação emitida pelos buracos negros é estacionária, conforme previsto por Hawking. Embora essas descobertas se apliquem principalmente ao buraco negro analógico que criaram, estudos teóricos podem ajudar a confirmar se também podem ser aplicadas a buracos negros reais.

"Nosso estudo também levanta questões importantes, porque observamos toda a vida do buraco negro analógico, o que significa que também vimos como a radiação Hawking começou", disse Steinhauer. "Em estudos futuros, pode-se tentar comparar nossos resultados com as previsões do que aconteceria em um buraco negro real, para ver se a radiação Hawking 'real' começa do nada e depois aumenta, como observamos."

Em algum ponto durante os experimentos dos pesquisadores, a radiação em torno de seu buraco negro analógico tornou-se muito forte, à medida que o buraco negro formava o que é conhecido como um "horizonte interno". Além do horizonte de eventos, a teoria da relatividade geral de Einstein prevê a existência de um horizonte interno, um raio dentro de buracos negros que delineia uma região mais próxima de seu centro.

Na região dentro do horizonte interno, a atração gravitacional é muito menor, portanto, os objetos são capazes de se mover livremente e não são mais puxados em direção ao centro do buraco negro. No entanto, eles ainda são incapazes de deixar o buraco negro, pois não podem passar pelo horizonte interno na direção oposta (ou seja, indo em direção ao horizonte de eventos).

"Essencialmente, o horizonte de eventos é a esfera externa de um buraco negro e, dentro dele, há uma pequena esfera chamada horizonte interno", disse Steinhauer. "Se você cair no horizonte interno, ainda estará preso no buraco negro, mas pelo menos não sente a estranha física de estar em um buraco negro. Você estaria em um ambiente mais 'normal', já que a força da gravidade seria menor, você não sentiria mais. "

Alguns físicos previram que, quando um buraco negro analógico forma um horizonte interno, a radiação que ele emite se torna mais forte. Curiosamente, isso é exatamente o que aconteceu no buraco negro analógico criado pelos pesquisadores do Technion. Este estudo pode, portanto, inspirar outros físicos a investigarem o efeito da formação de um horizonte interno na intensidade da radiação Hawking de um buraco negro.

 

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