Novas pesquisas sugerem que os buracos negros nascidos durante o Big Bang poderiam viver muito mais tempo do que o estimado anteriormente. Na verdade, estes minúsculos buracos negros primordiais podem viver o suficiente para se tornarem buracos brancos que expelem energia com a massa de um fio de cabelo de uma sobrancelha humana.
Primordial buracos negros são propostos como tendo se formado através de flutuações na matéria incrivelmente quente e densa que preencheu o universo momentos após o Big Bang. Isso contrasta com os buracos negros de massa estelar ou “astrofísicos” que nos são familiares ao colapso de estrelas massivas como o. Os buracos negros primordiais permanecem não detectados e, portanto, hipotéticos.
Muitos cientistas acreditam que a falha na detecção de buracos negros astrofísicos se deve ao facto de estes terem evaporado e, portanto, já não existirem no cosmos com 13,8 mil milhões de anos. Isso é possível porque se propõe que os buracos negros “vazem” um tipo de radiação térmica chamada “radiação Hawking”, proposta por Stephen Hawking na década de 1970. Quanto menor a massa de um buraco negro, mais quente ele é e, portanto, mais rápido ele vaza a radiação Hawking e mais rapidamente evapora, um processo que se especula terminar com um final explosivo.
Buracos negros de massa estelar, com até centenas de vezes a massa do o solsão massivos e frios o suficiente para vazar lentamente o suficiente para sobreviver ao próprio universo muitas vezes; buracos negros primordiais com massas bem menores que essa, por outro lado, não têm tanta sorte – ou assim pensávamos. O pesquisador do Eberly College of Science, Daniel Paraizo, e seus colegas sugerem que existe uma maneira de buracos negros primordiais com a massa certa sobreviverem a esse processo e passarem por uma transformação surpreendente.
“Descobrimos que a vida útil dos buracos negros é muito mais longa do que se pensava anteriormente”, disse Paraizo ao Space.com. “Os fenómenos que identificamos são relevantes para os buracos negros possivelmente formados no Universo primitivo. Estes objetos ainda não foram observados, mas a sua busca é um tema de intenso interesse como candidatos à matéria escura. Os buracos negros começam a morrer emitindo radiação térmica Hawking. O enigma é o que acontece quando atingem a massa de Planck, que tem cerca de 20 microgramas.”
Um buraco negro do tamanho de um ovo de pulga
A massa de Planck de cerca de 0,000000022 quilogramas é uma unidade de massa fundamental na física considerada fascinante porque é o ponto em que as regras que governam as partículas subatômicas e quântico física, bem como aqueles que governam a gravidade e relatividade geral como um todo tornam-se igualmente importantes. Os físicos consideram este o limite superior para a massa de qualquer partícula elementar, com qualquer partícula acima deste colapsando para dar origem a um buraco negro microscópico.
Em termos cotidianos, a massa de Planck é aproximadamente equivalente a um fio de cabelo de uma sobrancelha humana, ou a um ovo de pulga, que tem cerca de um cinqüenta milésimo do peso de uma jujuba.
Paraizo explicou que uma vez que um buraco negro primordial evaporou até formar a massa de Planck, tornando-se o chamado buraco negro planckiano, existem vários destinos propostos que ele poderia encontrar. Isto inclui o desaparecimento da fronteira externa que define o que é um buraco negro, a região de captura de luz ou radiação eletromagnética conhecida como horizonte de eventos. “O mecanismo que estudamos para a morte deste buraco negro do tamanho de Planck é o desaparecimento gradual do horizonte que retém a radiação”, disse Paraizo.
A equipe realizou cálculos matemáticos que revelaram um buraco negro primordial formado com a massa inicial de um buraco negro de tamanho médio. asteróidecom cerca de 1 bilhão de toneladas, decai em cerca de um bilhão de anos e emite radiação térmica Hawking até atingir a massa de Planck. No entanto, um buraco negro primordial nascido com uma massa de apenas 1 tonelada explodiria imediatamente, atingindo instantaneamente a massa de Planck. É o que acontece a seguir que diferencia as descobertas da equipe das pesquisas anteriores. “É então que os nossos resultados prevêem algo novo: argumentos anteriores indicavam que os 20 microgramas restantes são irradiados em pelo menos 1 segundo; a nossa estimativa mostra, em vez disso, que estes 20 microgramas restantes são praticamente estáveis”, explica Paraizo. “Quando o buraco negro atinge o limite de 20 microgramas, descobrimos que ele começa a emitir radiação purificadora (nomeada porque se diz que ‘purifica’ o estado quântico do universo) devido ao comportamento característico de um buraco branco.
“Portanto, mesmo que ainda não conheçamos a física perto de um buraco branco, identificamos um objeto que tem exatamente as mesmas propriedades de longe”.
Os buracos brancos são outra entidade hipotética na física, sugerido como sendo efetivamente um “buraco negro invertido no tempo” que, em vez de reter matéria e radiação dentro deles como fazem os buracos negros, empurra incessantemente a matéria e a radiação para longe.
Quaisquer outras previsões sobre o destino destes buracos negros primordiais assumindo a aparência de um buraco branco exigiriam uma teoria que unisse a relatividade geral e a mecânica quântica, conhecida como “gravidade quântica”, que tem escapado firmemente aos físicos desde o início do século XX.
“Simples suposições físicas sobre a física distante de um buraco negro podem nos dizer muito sobre o seu tempo de vida e sobre a sua transição para uma fase estável que se parece com um buraco branco de 20 microgramas”, disse Paraizo. “O facto de podermos inferir estas propriedades, utilizando apenas ingredientes mínimos da gravidade quântica, é notável.”
Uma versão pré-revisada por pares da pesquisa da equipe está disponível no site do repositório de pesquisa arXiv.
