Por que a teoria de Stephen Hawking sobre buracos negros pode estar errada

Um dos conceitos mais conhecidos e discutidos pela ciência pode ter sido analisado de forma errada nas últimas décadas.

Nos famosos buracos negros, a material é tão compactada que, de entendimento com a teoria universal da relatividade de Einstein, zero pode evadir. Por décadas, físicos e matemáticos os usaram para sondar os limites de suas ideias sobre seriedade, espaço e tempo.

Buracos negros giram no espaço. Conforme a material cai neles, eles começam a remoinhar mais rápido; se essa material tiver fardo, eles também se tornam eletricamente carregados. Em princípio, um buraco preto pode atingir um ponto em que tenha tanta fardo ou rotação quanto verosímil, dada sua tamanho. Esse buraco preto é chamado de “extremo”.

Teoria de Hawking… errada?

Em 1973, os físicos Stephen Hawking, James Bardeen e Brandon Carter afirmaram que buracos negros extremos não podem viver no mundo real — que simplesmente não há uma maneira plausível de eles se formarem. No entanto, nos últimos 50 anos, buracos negros extremos têm servido porquê modelos úteis na física teórica. “Eles têm simetrias agradáveis ​​que tornam mais fácil calcular as coisas”, disse Gaurav Khanna, da Universidade de Rhode Island, à revista Wired.

Para entender o universo, os cientistas olham para seus casos extremos. “Você sempre quer saber sobre os casos extremos — os casos especiais que ficam no limite”, disse Carsten Gundlach, um físico matemático da Universidade de Southampton, também à publicação.

Os buracos negros “extremos” têm algumas propriedades bizarras. Em privado, a chamada seriedade de superfície no limite, ou horizonte de eventos, de tal buraco preto é zero. “É um buraco preto cuja superfície não atrai mais coisas”, disse Gundlach. Mas se você empurrasse uma partícula levemente em direção ao meio do buraco preto, ela não conseguiria evadir.

Agora, dois matemáticos provaram que Hawking e seus colegas estavam errados. O novo trabalho — contido em um par de artigos recentes de Christoph Kehle do Instituto de Tecnologia de Massachusetts e Ryan Unger da Universidade de Stanford e da Universidade da Califórnia, Berkeley — demonstra que não há zero em nossas leis conhecidas da física que impeça a formação de um buraco preto extremo.

“Só porque existe uma solução matemática que tem boas propriedades não significa necessariamente que a natureza fará uso dela”, disse Khanna. “Mas se de alguma forma encontrarmos uma, isso realmente [nos faria] pensar sobre o que estamos perdendo.” Tal invenção, ele observou, tem o potencial de levantar “alguns tipos de questões muito radicais”.

Invenção por casualidade

Kehle e Unger não se propuseram a encontrar buracos negros extremos. Eles “tropeçaram” neles por acidente.

Eles estavam estudando a formação de buracos negros eletricamente carregados. “Percebemos que poderíamos fazer isso” — produzir um buraco preto — “para todas as proporções de fardo para tamanho”, disse Kehle à revista. Isso incluía o caso em que a fardo é a mais subida verosímil, uma marca registrada de um buraco preto extremo.

Kehle e Unger começaram com um buraco preto que não gira e não tem fardo, e modelaram o que poderia intercorrer se ele fosse posto em um envolvente simplificado chamado campo escalar, que assume um fundo de partículas uniformemente carregadas. Eles portanto atingiram o buraco preto com pulsos do campo para juntar fardo a ele.

A dupla também mostrou que a formação de um buraco preto extremo não abriria a porta para uma “singularidade nua”, porquê os físicos temiam. Em vez disso, buracos negros extremos parecem estar em um limite crítico: adicionando a quantidade certa de fardo a uma nuvem densa de material carregada, e ela entrará em colapso para formar um buraco preto extremo. Adicione mais do que isso, e em vez de entrar em colapso em uma singularidade nua, a nuvem se dispersará. Nenhum buraco preto se formará. Kehle e Unger estão tão animados com esse resultado quanto com sua prova de que buracos negros extremos podem viver.