Buraco negro de laboratório mostra que Stephen Hawking estava certo

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Imagem: Angelica Alzona/Gizmodo/Reprodução
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Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Israel (Technion) conseguiram, por meio de uma estrutura análoga a um buraco negro criada em 2016, comprovar que uma das previsões do físico britânico Stephen Hawking estava certa.

Segundo Hawking, uma singularidade não apenas é um monstro engolidor de matéria e luz; ela também emite radiação espontaneamente – aquela que ficou conhecida como radiação Hawking, uma emissão fraca e, mesmo assim, inexorável: se o buraco negro não engolir matéria suficiente para compensá-la, ele terminará evaporando e se extinguindo.

Jamais se conseguiu observar ou medir a radiação Hawking, que permanecia como hipótese até agora. “Se você entrar no horizonte de eventos, não há como sair, nem mesmo para a luz. A radiação Hawking começa fora do horizonte de eventos, onde a luz mal consegue escapar. Isso é muito estranho porque não há nada lá; é um espaço vazio. No entanto, essa radiação começa do nada, sai e vai em direção à Terra”, disse ao site Phys.org o físico e coautor do estudo Jeff Steinhauer.

Buracos negros se caracterizam pela monstruosa gravidade, que é tão gigantesca que nem mesmo a luz pode escapar. Para que isso acontecesse, o que quer que fosse aprisionado além do horizonte de eventos (a fronteira entre ser engolido ou não) teria que viajar além da velocidade da luz – e isso, pelas leis da Física, é impossível.

Muito fraca

Hawking mostrou, porém, que mesmo assim buracos negros emitem luz espontaneamente, graças à mecânica quântica e às "partículas virtuais", elementos fugazes de energias opostas que formam pares com partículas existentes no cosmos.

Assim, pares de fótons podem ser separados à beira do horizonte de eventos. Enquanto uma partícula com energia negativa seria absorvida pelo buraco negro, subtraindo energia na forma de massa da singularidade, outra escaparia pelo espaço – a radiação Hawking.

"A teoria de Hawking foi revolucionária porque ele combinou a física da teoria quântica de campos com a relatividade geral. Verificar essa radiação quântica é muito difícil com um buraco negro real porque a radiação Hawking é muito fraca em comparação à radiação de fundo do espaço”, disse Steinhauer ao site Live Science.

Ondas sonoras

Para criar a estrutura, os pesquisadores usaram um material quântico chamado condensado de Bose-Einstein, que é uma fase da matéria formada por bósons quase à temperatura do zero absoluto. A radiação Hawking emitida por esse buraco negro analógico é feita de ondas sonoras em vez de ondas de luz.

Os pesquisadores usaram um fluxo de gás de 8 mil átomos de rubídio contido por um feixe de laser. Um segundo feixe foi usado para criar um horizonte de eventos na estrutura, fazendo o gás fluir como água descendo por uma cachoeira, com uma particularidade: metade do gás corria mais rápido do que a velocidade do som.

Os pesquisadores usaram um condensado de Bose-Einstein para criar o análogo de um buraco negro.Os pesquisadores usaram um condensado de Bose-Einstein para criar o análogo de um buraco negro.Fonte:  Wikimedia Commons/NIST/JILA/CU-Boulder/Reprodução

Em vez de fótons, os pesquisadores procuraram por fônons (ondas sonoras quânticas) se formando espontaneamente. “Os fônons na metade mais lenta andavam contra o fluxo de gás, longe do horizonte de eventos, enquanto aqueles na metade mais rápida eram aprisionados pela velocidade do fluxo supersônico do gás, como em um buraco negro: uma vez dentro, é impossível sair", disse Steinhauer.

O passo seguinte foi confirmar se a radiação Hawking se manteria constante. A cada vez que os pesquisadores tiravam uma foto, o buraco negro artificial de 0,1 milímetro de comprimento era destruído pelo calor gerado no processo, o que obrigou a equipe a produzir a "singularidade", tirar uma foto e então criar outra – processo repetido 97 mil vezes por 124 dias. "Mas conseguimos mostrar que a radiação era estacionária, exatamente o que Hawking previu", concluiu o físico.