Uma nova pesquisa indica que buracos negros formados logo após o Big Bang podem durar muito mais do que as estimativas anteriores previam. Segundo o estudo, esses objetos, chamados de buracos negros primordiais, poderiam sobreviver tempo suficiente para passar por uma transformação e adquirir as propriedades de buracos brancos, com massa equivalente à de um fio de sobrancelha humana.
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Os buracos negros primordiais teriam se formado a partir de flutuações na matéria extremamente quente e densa que preencheu o Universo momentos após o Big Bang – o que os diferencia dos buracos negros de massa estelar, originados pelo colapso de estrelas massivas. Esses objetos ainda não foram detectados e permanecem hipotéticos.
Muitos cientistas acreditam que buracos negros primordiais de baixa massa já evaporaram e não existem mais no Universo de 13,8 bilhões de anos. Isso seria possível porque buracos negros “vazam” um tipo de radiação térmica chamada radiação Hawking, formulada por Stephen Hawking na década de 1970. Quanto menor a massa de um buraco negro, mais quente ele é e, portanto, mais rapidamente perde energia por essa radiação e se evapora – processo que, segundo especulações, terminaria com um final explosivo.
Representação visual de um buraco branco, um “buraco negro com o tempo invertido” que repele matéria incessantemente. – Crédito: Imagem gerada por IA/Gemini
Buracos negros de massa estelar, com até centenas de vezes a massa do Sol, são massivos e frios o suficiente para vazar tão lentamente que sobreviveriam ao Universo muitas vezes. Já buracos negros primordiais com massas muito menores não teriam essa sorte – ou assim se pensava. Daniel Paraizo, pesquisador do Eberly College of Science, na Pensilvânia, EUA, e seus colegas propõem que buracos negros primordiais com a massa certa poderiam sobreviver a esse processo e passar por uma transformação surpreendente.
O enigma da massa de Planck
“Descobrimos que o tempo de vida dos buracos negros é muito maior do que se pensava anteriormente”, disse Paraizo ao Space.com. “Os fenômenos que identificamos são relevantes para buracos negros possivelmente formados no Universo primitivo. Esses objetos ainda não foram observados, mas sua busca é um tema de intenso interesse como candidatos à matéria escura. Os buracos negros começam a morrer emitindo radiação Hawking térmica. O enigma é o que acontece quando eles atingem a massa de Planck, que é de cerca de 20 microgramas.”
A massa de Planck, de cerca de 0,000000022 kg, é uma unidade fundamental de massa na física – o ponto em que as regras que governam partículas subatômicas e mecânica quântica e as que governam a gravidade e a relatividade geral tornam-se igualmente importantes. Os físicos a consideram o limite superior para a massa de qualquer partícula elementar individual: qualquer partícula acima desse valor colapsaria para dar origem a um buraco negro microscópico. Em termos cotidianos, a massa de Planck equivale aproximadamente a um fio de sobrancelha humana ou a um ovo de pulga – cerca de cinquenta mil vezes mais leve do que uma bala de goma.
Paraizo explicou que, uma vez que um buraco negro primordial se evapore até a massa de Planck, tornando-se um chamado buraco negro planckiano, há vários destinos propostos que ele poderia encontrar, incluindo o desaparecimento do horizonte de eventos, a região que define o buraco negro como tal e aprisiona luz e radiação eletromagnética. “O mecanismo que estudamos para a morte desse buraco negro de tamanho Planck é o desaparecimento gradual do horizonte que aprisiona a radiação”.
Continua após a publicidadeRadiação Hawking sugere que partículas escapam de buracos negros por efeitos quânticos – Crédito: Imagem gerada por IA/ChatGPT
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A equipe realizou cálculos matemáticos que mostraram que um buraco negro primordial formado com a massa inicial de um asteroide de tamanho médio – cerca de 1 bilhão de toneladas – decai em aproximadamente um bilhão de anos, emitindo radiação Hawking térmica até atingir a massa de Planck. Já um buraco negro primordial nascido com apenas uma tonelada explodiria imediatamente, atingindo a massa de Planck de forma instantânea.
É o que acontece a seguir que diferencia os resultados da equipe de pesquisas anteriores. “É então que nossos resultados preveem algo novo: argumentos anteriores indicavam que os 20 microgramas restantes seriam irradiados em pelo menos 1 segundo; nossa estimativa mostra, ao contrário, que esses remanescentes de 20 microgramas são praticamente estáveis”, explicou Paraizo. “Uma vez que o buraco negro atinge o limiar de 20 microgramas, descobrimos que ele começa a emitir radiação purificadora [assim chamada porque se diz que ‘purifica’ o estado quântico do Universo] devido a um comportamento característico de um buraco branco. Portanto, embora ainda não conheçamos a física próxima a um buraco branco, identificamos um objeto que tem exatamente as mesmas propriedades vistas de longe.”
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Buracos brancos são outra entidade hipotética na física, descritos como efetivamente um “buraco negro com o tempo invertido” que, ao contrário dos buracos negros, que aprisionam matéria e radiação, empurrariam matéria e radiação para longe de forma contínua.
Qualquer previsão adicional sobre o destino desses buracos negros primordiais ao assumirem a aparência de buracos brancos exigiria uma teoria que una a relatividade geral e a mecânica quântica, conhecida como “gravidade quântica” – algo que os físicos não conseguiram formular desde o início do século XX.
“Suposições físicas simples sobre a física distante de um buraco negro podem nos dizer muito sobre seu tempo de vida e sobre sua transição para uma fase estável que se parece com um buraco branco de 20 microgramas”, disse Paraizo. “O fato de podermos inferir essas propriedades usando apenas ingredientes mínimos da gravidade quântica é notável.”
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Uma versão do estudo, ainda não revisada por pares, está disponível no repositório de pesquisas arXiv.
Flavia Correia
Flávia Correia é jornalista do Olhar Digital, cobrindo Ciência e Espaço.
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Conteúdo reproduzido originalmente em: Olhar Digital por Flavia Correia