Mecânica Quântica tenta explicar a razão por trás de buracos negros desaparecidos

Quando pensamos em buracos negros, logo pensamos em objetos maiores do que o Sistema Solar. Esses são os famosos buracos negros supermassivos que estão localizados no centro de cada galáxia. Mas os buracos negros que já foram observados possuem diferentes tamanhos desde tamanho de planetas até maiores que sistemas planetários.

Desde o século passado, os físicos teorizam a possibilidade da existência de buracos negros chamados buracos negros primordiais. Esses objetos teriam sido gerados nos primeiros momentos do Universo por causa de perturbações de densidade no tecido do espaço-tempo. Os buracos negros primordiais poderiam ter diversos tamanhos desde maiores que Sistema Solar até o tamanho de um átomo.

Nenhum buraco negro primordial foi observado até hoje apesar dos esforços cada vez maiores na busca por buracos negros. Eles ganharam o apelido de serem buracos negros desaparecidos. Um grupo de físicos propuseram uma nova explicação utilizando a Mecânica Quântica do motivo desse desaparecimento.

Big Bang e Inflação

Um dos modelos mais aceitos dentro da Cosmologia é o ?CDM que é o modelo responsável por descrever o Big Bang. Segundo esse modelo, o Universo está se expandindo e em algum momento no passado ele estava condensado em um único ponto. Quando esse ponto começou a se expandir, levou o nome de Big Bang.

Alguns momentos após o Big Bang, ocorreu um processo que é chamado de inflação onde o Universo se expandiu aceleradamente. Durante esse momento, perturbações que existiam no tecido do espaço-tempo foram também amplificadas por causa da expansão. Uma possível explicação é que essas perturbações amplificadas possibilitaram estruturas mais complexas centenas de milhões de anos depois.

Buracos negros primordiais

Uma das consequências dessa inflação é o surgimento de buracos negros primordiais. Eles seriam buracos negros que foram criados justamente quando aconteceu a inflação e regiões com diferença de densidade colapsaram. O físico Stephen Hawking estimava que alguns desses buracos negros primordiais chegariam ao fim da vida nos últimos bilhões de anos do Universo.

Uma das hipóteses é que os buracos negros primordiais são responsáveis por, pelo menos, parte da matéria escura que é calculada. Como eles poderiam ser isolados e difíceis de serem observados, eles seria percebidos gravitacionalmente mas não através de radiação eletromagnética assim como a matéria escura. Mas ainda existe o mistério do porque não vimos nenhum exemplar.

Teoria Quântica de Campo

Uma das áreas da Física é Teoria Quântica de Campo (TQC) que junta conceitos da mecânica quântica e da teoria da relatividade. A ideia é descrever as partículas e interações presentes dentro do Modelo Padrão. Dentro da TQC as partículas são descritas como excitações de campos que estão localizados em cada ponto do espaço.

Um dos desafios da TQC é juntar a relatividade geral com o resto da descrição dentro da área. Matéria escura também não se encaixa bem dentro da descrição do TQC. No entanto, um trabalho recente argumenta que usando ferramentas da TQC é possível explicar o motivo do desaparecimento de buracos negros primordiais.

Buracos negros desaparecidos

Uma das explicações é durante os primeiros momentos do Universo e da inflação as ondas possuíam amplitudes altas mas comprimentos de ondas curtos. Quanto menor o comprimento de onda, mais energética é a onda. Essas ondas estariam associadas com a geração de buracos negros primordiais nesses primeiros momentos.

O que o estudo encontrou é que ao observar os primeiros momentos do Universo e essas ondas, conhecida como CMB, só alguns comprimentos de ondas são observados. Isso explicaria o motivo para observarmos poucos buracos negros primordiais até mesmo nas observações da CMB. Esses comprimentos de onda associado aos buracos negros primordiais não teriam relação.