Astrônomos esperam em breve conseguir observar buracos negros evaporando

O físico Stephen Hawking passou parte da sua vida estudando sobre buracos negros e chegou em uma descoberta fascinante. Hawking propôs que esses objetos poderiam evaporar em forma de radiação que ele chamou de radiação de Hawking. Essa radiação de Hawking causaria que buracos negros perdessem energia em forma de radiação eletromagnética por efeitos quânticos.

Hawking também encontrou equações que descrevem o processo e percebeu que buracos negros mais massivos evaporam mais lentamente que buracos negros menos massivos. Essa evaporação seria descrita por um espectro de radiação de corpo negro então seria possível observar o comprimento de onda do pico emissão. No entanto, observar a radiação de Hawking era algo fora da realidade até agora.

Um grupo de colaboradores italianos e franceses publicaram essa semana um estudo argumentando que seria possível observar o fenômeno. A ideia seria utilizar observações de colisão de buracos negros através de telescópios de partículas de altas energias. O foco seria estudar efeitos relativisticos que acontecem ao redor da fusão de buracos negros

Buracos negros

Buracos negros são os objetos mais simples e mais complexos do Universo. A simplicidade se deve ao fato que eles só diferem em três propriedades: sua massa, seu spin e sua carga elétrica. Como objetos astronômicos tendem a neutralizar rapidamente, apenas massa e spin são geralmente considerados. Eles são classificados de acordo com essas propriedades.

No centro de cada galáxia existe um buraco negro supermassivo com massa entre milhares até bilhões de massas solares. E bilhões de buracos negros de massas solares existem em uma galáxia como a Via Láctea. Quando esses objetos entram na região de interação gravitacional de outro é possível que eles espiralem um em direção ao outro até que se fundem.

Radiação de Hawking

O físico Stephen Hawking propôs em 1974 que buracos negros poderiam emitir radiação devido à efeitos quânticos na borda de buracos negros. Isso vem de um conceito da Mecânica Quântica onde o vácuo não é realmente vazio mas preenchido por constante criação de partículas virtuais. No horizonte de eventos, uma dessas partículas pode cair em direção ao buraco negro enquanto a outra escaparia.

Essa partícula que escapa é interpretada como radiação pelo buraco negro e se assemelha a uma radiação de corpo negro. Esse fenômeno resulta em uma perda de massa e energia para o buraco negro. Por isso é conhecido como evaporação já que aos poucos o buraco negro perde energia e vai diminuindo de tamanho. No entanto, a evaporação é extremamente fraca e até hoje não foi observada.

Colisão de buracos negros

Quando dois buracos negros começam a interagir gravitacionalmente pode acontecer de eles se aproximarem e começarem uma dança espiralando um em direção ao outro. Ao final desse processo, um buraco negro com massa ligeiramente menor que a soma da massa dos dois que se fundiram é formado. A primeira detecção de uma fusão de buracos negros foi divulgada em 2016 pela colaboração LIGO.

A colisão de buracos negros é um processo complexo que envolvem diferentes áreas da Física mas principalmente relatividade geral. Alguns pesquisadores teorizam que é possível a formação de buracos negros menores e temporários durante a fusão. Isso aconteceria devido ás perturbações que acontecem no tecido do espaço-tempo durante a colisão que é extremamente energética.

Observando com telescópios Cherenkov

Segundo artigo publicado essa semana, um grupo de físicos europeus acreditam que seria possível a observação desses buracos negros menores e temporários. Eles chamam esses objetos de morsels e seriam como “pedaços” de buracos negros. Segundo eles, esses objetos evaporariam em apenas 16 anos e poderiam ser observados por telescópios de altas energias.

Telescópios famosos desse tipo seriam os Cherenkov que conseguem observar interação de partículas muito energéticas com a atmosfera. A ideia seria estudar essas interações para conseguir observar a emissão de radiação de Hawking de buracos negros que evaporariam em um tempo relativamente curto. Segundo os autores, essa seria uma das possíveis observações da radiação de Hawking.

Referência da notícia:

Cacciapaglia et al 2024 Measuring Hawking Radiation from Black Hole Morsels in Astrophysical Black Hole Mergers arXiv