Apesar de sua natureza misteriosa, acredita-se que os buracos negros seguem certas regras simples. Agora, uma das leis mais famosas dos buracos negros, prevista pelo físico Stephen Hawking, foi confirmada com ondas gravitacionais.
© SXS Project (ondas gravitacionais da fusão de dois buracos negros)
De acordo com o teorema da área do buraco negro, desenvolvido por Hawking no início da década de 1970, os buracos negros não podem diminuir em área de superfície ao longo do tempo. O teorema da área fascina os físicos porque reflete uma regra física bem conhecida de que a desordem, ou entropia, não pode diminuir com o tempo. Em vez disso, a entropia aumenta consistentemente.
A área da superfície de um buraco negro solitário não mudará; afinal, nada pode escapar de seu interior. No entanto, se você jogar algo em um buraco negro, ele ganhará mais massa, aumentando sua área de superfície. Mas o objeto que chega também pode fazer o buraco negro girar, o que diminui a área da superfície. A lei da área diz que o aumento da área de superfície devido à massa adicional sempre superará a diminuição da área de superfície devido ao spin adicionado.
Para testar essa regra de área, os astrofísicos Maximiliano Isi, do Massachusetts Institute of Technology (MIT) e Will Farr, da Stony Brook University, em Nova York, usaram ondulações no espaço-tempo provocadas por dois buracos negros que espiralaram para dentro e se fundiram em um buraco negro maior.
A área de superfície de um buraco negro é definida por seu horizonte de eventos, o limite interno do qual é impossível escapar. De acordo com o teorema da área, a área do horizonte de eventos do buraco negro recém-formado deve ser pelo menos tão grande quanto as áreas dos horizontes de eventos dos dois buracos negros originais combinados.
A equipe analisou dados das primeiras ondas gravitacionais, que foram detectadas pelo Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO, em 2015. Os pesquisadores dividiram os dados das ondas gravitacionais em dois segmentos de tempo, antes e depois da fusão, e calcularam as áreas de superfície dos buracos negros em cada período. A área de superfície do buraco negro recém-formado era maior do que a dos dois buracos negros iniciais combinados, mantendo a lei da área com um nível de confiança de 95%.
O teorema da área é resultado da teoria geral da relatividade de Albert Einstein, que descreve a física dos buracos negros e das ondas gravitacionais. Análises anteriores de ondas gravitacionais concordaram com as previsões da relatividade geral e, portanto, já sugeriram que a lei da área não pode estar totalmente errada. Mas o novo estudo é uma confirmação mais explícita da lei da área.
Até agora, a teoria da relatividade geral descreve bem os buracos negros. Esta teoria que normalmente se aplica a objetos grandes como buracos negros, ainda possui discrepâncias em relação à mecânica quântica, que descreve pequenas coisas como átomos e partículas subatômicas. Neste reino quântico, coisas estranhas podem acontecer. Por exemplo, os buracos negros podem liberar uma tênue névoa de partículas chamada radiação Hawking, outra ideia desenvolvida por Hawking na década de 1970. Este efeito pode permitir que os buracos negros encolham, violando a lei de área, mas apenas por períodos de tempo extremamente longos, para que não tenha afetado a fusão relativamente rápida de buracos negros que o LIGO observou.
Os físicos estão procurando uma teoria aprimorada que combine as duas grandes teorias em uma nova e aprimorada teoria da gravidade quântica. Qualquer falha dos buracos negros em obedecer às regras da relatividade geral poderia apontar os físicos na direção certa para encontrar esta nova teoria.
Um artigo foi publicado no periódico Physical Review Letters.
Fonte: Science News
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