Quando pensamos em buracos negros, provavelmente imaginamos algum enorme titã cósmico devorando avidamente qualquer matéria que tenha a infelicidade de cair sob sua influência gravitacional. Pensando mais profundamente, poderíamos imaginar que esta fera cósmica voraz foi formada pelo colapso explosivo do núcleo de uma estrela massiva. Talvez possamos até imaginar um buraco negro supermassivo no centro de uma galáxia, formado a partir de múltiplas fusões entre buracos negros menores, com milhões ou até bilhões de vezes a massa do Sol.
No entanto, embora esta imagem seja muito precisa, muitos cientistas há muito suspeitam que se trata apenas da ponta do iceberg do buraco negro e representa apenas um tipo de “buraco negro astrofísico”. Esses pesquisadores especulam que os buracos negros também podem se formar em tamanhos menores, sem exigir a existência e a morte de uma estrela massiva ou de um par anterior de buracos negros. Em particular, muitos cientistas acreditam que pequenos buracos negros com massas comparáveis a asteróides de tamanho médio podem ter-se formado directamente a partir de flutuações de densidade no material quente e denso que encheu o Universo após o Big Bang. Esses objetos permanecem hipotéticos, pois a evidência de sua existência se mostrou ilusória. No entanto, isso não impediu os investigadores de pensar em buracos negros não astrofísicos e nos seus caminhos para a formação.
Um exemplo é um novo estudo realizado por cientistas da Universidade Goethe de Frankfurt e da Universidade Técnica de Viena (TU Wien), que mostra: Pequenos buracos negros são formados quando as estruturas do espaço e do tempo são unificadas numa entidade quadridimensional chamada “espaço-tempo”, sofrem um colapso crítico e organizam-se em arranjos regulares semelhantes a cristais. Embora a ideia não seja totalmente nova, a equipe se tornou a primeira a descrever matematicamente essa transformação. O mais chocante é que eles usaram apenas papel e caneta!
Embora os buracos negros astrofísicos sejam formados por alguns dos maiores e mais violentos eventos do Universo, como o colapso do núcleo de supernovas ou fusões de buracos negros, que circundam o tecido do espaço-tempo com ondas gravitacionais que podem ser “ouvidas” a milhões ou mesmo milhares de milhões de anos-luz de distância, a equipa descobriu que estes buracos negros em colapso crítico nascem com apenas um ligeiro empurrão.
“Às vezes, uma causa pequena e aparentemente insignificante é suficiente para desencadear mudanças grandes e dramáticas”, disse Daniel Grumiller, membro da equipe da Universidade Técnica de Viena, ao Space.com. “Se você tivesse um cristal do espaço-tempo e injetasse nele uma quantidade arbitrariamente pequena de energia, esses minúsculos buracos negros se formariam – um pouco como se você tivesse água super-resfriada e a agitasse para cristalizá-la.”
Grumiller explicou ainda que quando a água líquida atinge o seu ponto de congelamento, apenas pequenas mudanças são necessárias para que as moléculas de água se organizem espontaneamente em padrões regulares e formem cristais de gelo. A equipe especula que mesmo pequenas mudanças na estrutura do espaço-tempo podem produzir padrões repetidos, levando ao surgimento de cristais espaço-temporais. Isso pode iniciar um processo de falha grave.
“Você pode pensar em um cristal crítico do espaço-tempo como água no ponto de congelamento; mesmo que ainda seja água, ele já ‘conhece’ o gelo, e pequenas perturbações podem transformar água a 0 graus Celsius em gelo e vice-versa”, disse Grumiller.
Entre no palco à esquerda do espaço-tempo
“Dizemos que o espaço-tempo é curvado pela massa”, diz Christian Ecker, do Instituto de Física Teórica da Universidade Goethe, em Frankfurt. disse em um comunicado. “Objetos grandes como estrelas curvam fortemente o espaço-tempo – podemos observar isso, por exemplo, quando a luz é desviada por estrelas massivas. Mas massas menores também curvam o espaço-tempo, embora em menor extensão.” No entanto, como os pequenos buracos negros são mais quentes do que os seus homólogos astrofísicos, eles rapidamente irradiam calor chamado “radiação Hawking” para o espaço frio; esses buracos negros evaporam rapidamente.
“Este cristal do espaço-tempo é um objeto muito estranho e fascinante. É um estado intermediário, um ponto instável que pode evoluir em duas direções diferentes”, continuou Grumiller. “Depois de um tempo, as instabilidades começam a instalar-se e o cristal do espaço-tempo ou se dispersa em radiação ou colapsa num pequeno buraco negro. Se o cristal colapsar num buraco negro, será classicamente estável.”
Grumiller explicou que uma surpresa do estudo foi a simplicidade da descrição matemática do processo, ao mesmo tempo que propunha uma solução para as equações da relatividade geral.
“Fornecemos a primeira solução de papel e lápis para cristais do espaço-tempo. Antes do nosso trabalho, havia apenas simulações numéricas, não soluções precisas para as equações de Einstein”, disse Grumiller. “Ficamos surpresos que as soluções fossem tão simples, exigindo apenas algumas linhas de código e envolvendo apenas funções elementares – bastante inesperado considerando a complexidade das simulações numéricas correspondentes, exigindo milhares de tempos de processamento do computador.”
Claro, tudo isso é ótimo, mas para provar o colapso crítico do buraco negro Pode existe e esta rota pode ter criado buracos negros primordiais em condições densas e ricas em partículas logo após o Big Bang, mas isso não prova realmente a existência de buracos negros primordiais.
“Se tivermos sorte, os nossos colegas experimentais descobrirão buracos negros primordiais em algum momento. Mas mesmo que isso nunca aconteça, compreender o colapso crítico significa compreender uma parte importante e conceptualmente rica da relatividade geral, que é a nossa melhor teoria actual da gravidade,” concluiu Grumiller. “O nosso próximo passo é descobrir se as nossas várias conjecturas sobre o comportamento dos cristais críticos do espaço-tempo estão corretas.”
A pesquisa da equipe é publicada na edição de maio da revista Cartas de revisão física.
