Matemáticos provam que o físico Stephen Hawking estava errado sobre buracos negros extremos

Para entender o cosmos, os cientistas costumam focar nas suas exceções. “Você sempre quer explorar os casos extremos – aqueles que estão no limite”, explica Carsten Gundlach, físico matemático da Universidade de Southampton.

Os buracos negros são alguns dos objetos mais misteriosos e extremos do universo. Neles, a matéria é comprimida a tal ponto que, conforme a teoria da relatividade geral de Einstein, nada pode escapar. Por décadas, físicos e matemáticos têm usado os buracos negros para testar os limites de suas teorias sobre gravidade, espaço e tempo.

Contudo, até mesmo os buracos negros possuem casos mais extremos que oferecem novas perspectivas. Eles podem girar e, quando absorvem matéria, aceleram esse movimento; se essa matéria for carregada eletricamente, o buraco negro também se torna carregado. Em teoria, um buraco negro pode alcançar o máximo possível de rotação ou carga, de acordo com sua massa. Esse tipo é conhecido como “buraco negro extremo”.

Esses buracos negros possuem propriedades peculiares. Um exemplo é que a gravidade em sua superfície, chamada de horizonte de eventos, é zero. “É como se sua superfície não puxasse mais nada”, diz Gundlach. Porém, se algo for empurrado levemente em direção ao centro do buraco negro, não conseguiria escapar.

Em 1973, os físicos Stephen Hawking, James Bardeen e Brandon Carter argumentaram que buracos negros extremos não poderiam existir na realidade – não havia um mecanismo plausível para sua formação. Mesmo assim, ao longo de cinco décadas, esses buracos negros têm sido modelos úteis na física teórica, com sua simetria ajudando a testar teorias sobre a relação entre mecânica quântica e gravidade.

Agora, dois matemáticos mostraram que Hawking e seus colegas estavam errados. Em um estudo recente, Christoph Kehle (Instituto de Tecnologia de Massachusetts) e Ryan Unger (Universidade de Stanford e Universidade da Califórnia, Berkeley) provaram que nada nas leis conhecidas da física impede a formação de um buraco negro extremo.

A prova matemática foi considerada “inovadora e surpreendente” por Mihalis Dafermos, matemático da Universidade de Princeton. Ele sugere que o universo pode ser mais complexo do que pensávamos, onde buracos negros extremos poderiam, de fato, existir.

Isso não significa que eles existam. “Só porque uma solução matemática existe, não quer dizer que a natureza a utilize”, observa Gaurav Khanna, da Universidade de Rhode Island. No entanto, se encontrássemos um buraco negro extremo, isso traria questões novas e desafiadoras.

A Lei da Impossibilidade

Até a recente prova, havia bons motivos para acreditar que buracos negros extremos não poderiam existir. Em 1973, Bardeen, Carter e Hawking formularam quatro leis sobre o comportamento dos buracos negros, comparando-as às quatro leis da termodinâmica, como o princípio de que a energia não pode ser criada nem destruída.

Eles provaram três dessas leis para os buracos negros, mas a quarta, que afirmava que a gravidade superficial de um buraco negro não pode chegar a zero em um tempo finito, não foi completamente demonstrada. Isso implicava que não era possível criar um buraco negro extremo.

Werner Israel, em 1986, parecia ter encerrado o debate ao publicar uma prova da terceira lei, mostrando que tentar aumentar a carga ou o giro de um buraco negro para o limite extremo resultaria no desaparecimento do seu horizonte de eventos, o que criaria uma “singularidade nua”, algo que a física não permite.

O Fim da Terceira Lei

Kehle e Unger, ao estudarem a formação de buracos negros carregados, descobriram que poderiam criar um buraco negro com carga máxima, ou seja, um buraco negro extremo. Assim, refutaram a terceira lei de Bardeen, Carter e Hawking, mostrando que era possível transformar um buraco negro normal em um extremo.

Eles começaram com um buraco negro sem carga ou rotação e simularam o que aconteceria se ele fosse bombardeado com pulsos de um campo escalar, aumentando sua carga. Surpreendentemente, conseguiram aumentar a carga mais rápido do que a massa, completando a prova.

Após revisar a prova de Israel, eles identificaram o erro e criaram três soluções diferentes para as equações da relatividade geral de Einstein, confirmando que buracos negros extremos podem realmente existir. Além disso, mostraram que esses buracos negros não causariam singularidades nuas, como temiam.

Um Novo Horizonte

Apesar da prova, não há garantia de que buracos negros extremos existam no universo real. A maioria dos exemplos teóricos envolve carga, mas buracos negros carregados ainda não foram observados. O próximo passo é aplicar a prova para buracos negros com rotação máxima, o que é mais comum de ser detectado.

No entanto, alcançar esse objetivo é um desafio matemático muito maior, e Kehle e Unger estão apenas começando a explorar essa possibilidade.

Fonte: Jornal o Sul

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