Um estudo publicado recentemente postula que os buracos negros postulados pela teoria geral da relatividade de Einstein podem não ser tão descaracterizados e sem estrutura como se pensava anteriormente. Como alternativa, essas entidades cósmicas podem ser constituídas por objetos quânticos designados como “estrelas congeladas”.
Embora esses corpos celestes hipotéticos compartilhem algumas semelhanças com os buracos negros, eles diferem em aspectos cruciais que poderiam resolver o infame paradoxo da radiação de Hawking, nomeado em homenagem ao falecido físico Stephen Hawking, que propôs o fenômeno. Esse paradoxo surge porque a radiação teórica emitida pelo horizonte de eventos de um buraco negro parece não conter informações sobre a matéria que formou o buraco negro. Isso está em contradição com um princípio fundamental da mecânica quântica, ou seja, que a informação não pode ser destruída.
Além disso, em contraste com os buracos negros convencionais, não se prevê que as estrelas congeladas possuam uma singularidade – um ponto de densidade infinita em seus núcleos – o que resolve outra discrepância entre a concepção clássica dos buracos negros e o princípio fundamental da física de que infinitos não podem existir na natureza. Quando surgem infinitos em uma teoria, isso geralmente indica as limitações da teoria.
“As estrelas congeladas são um tipo de imitadores de buracos negros: objetos astrofísicos ultracompactos que não têm singularidades, não têm um horizonte, mas ainda assim podem imitar todas as propriedades observáveis dos buracos negros”, disse Ramy Brustein, professor de física da Universidade Ben-Gurion, em Israel, ao Live Science por e-mail. “Se eles realmente existirem, indicariam a necessidade de modificar de forma significativa e fundamental a teoria da relatividade geral de Einstein.”
Brustein é o principal autor de um estudo que delineia a teoria da estrela congelada, publicado em julho na revista Physical Review D.
O modelo clássico de um buraco negro, inicialmente delineado por Karl Schwarzschild em 1916, descreve os buracos negros como possuidores de duas características fundamentais: uma singularidade, na qual toda a massa está concentrada, e um horizonte de eventos, um limite do qual nada, nem mesmo a luz, pode escapar.
Entretanto, esse modelo encontra um desafio significativo quando a mecânica quântica é introduzida. Na década de 1970, Stephen Hawking demonstrou de forma famosa que os efeitos quânticos próximos ao horizonte de eventos deveriam resultar na criação de partículas do vácuo do espaço, um processo conhecido como radiação Hawking. Essa radiação faria com que o buraco negro perdesse massa gradualmente e, por fim, evaporasse completamente.
O paradoxo surge da observação de que essa radiação parece não conter informações sobre a matéria a partir da qual o buraco negro foi formado. Se o buraco negro evaporar completamente, essas informações serão efetivamente perdidas, o que viola os princípios da mecânica quântica, que determinam que as informações devem ser conservadas. Essa contradição é conhecida como o paradoxo da perda de informações e representa um desafio significativo no campo da física teórica.
Em seu novo estudo, Brustein e seus coautores A.J.M. Medved, da Rhodes University, e Tamar Simhon, da Ben-Gurion University, realizaram um exame teórico abrangente do modelo de estrelas congeladas. Suas descobertas indicam que esse modelo aborda de forma eficaz os paradoxos inerentes ao modelo tradicional, pois não possui um horizonte e uma singularidade.
Os autores descobriram que, se os buracos negros forem, de fato, entidades extremamente compactas compostas de matéria ultra-rígida cujas propriedades são informadas pela teoria das cordas, a principal candidata à teoria da gravidade quântica, eles não entram em colapso em pontos infinitamente densos e possuem um tamanho ligeiramente maior do que o horizonte de eventos convencional, impedindo assim a formação deste último.
“Mostramos como as estrelas congeladas se comportam como absorvedores (quase) perfeitos, apesar de não terem um horizonte, e atuam como fonte de ondas gravitacionais”, disse Brustein, observando que esses objetos podem absorver quase tudo o que cai sobre eles, como os buracos negros. “Além disso, eles têm a mesma geometria externa que a de um modelo convencional de buracos negros e reproduzem suas propriedades termodinâmicas convencionais.”
Embora o modelo de estrela congelada ofereça um caminho promissor para a compreensão dos paradoxos associados aos buracos negros tradicionais, é necessária uma verificação experimental mais aprofundada.
No entanto, em contraste com os buracos negros convencionais, espera-se que as estrelas congeladas possuam uma estrutura interna, embora exibam propriedades não convencionais que são uma consequência da gravidade quântica. Isso abre caminho para a diferenciação observacional entre os dois. A evidência pode ser encontrada nas ondas gravitacionais – ondulações no tecido do espaço-tempo – geradas durante as fusões de buracos negros.
“É nesse momento que as distinções seriam mais pronunciadas”, explicou Brustein.
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A equipe ainda precisa determinar a estrutura interna precisa de uma estrela congelada e como ela difere de outros objetos cósmicos extremos, como as estrelas de nêutrons. No entanto, Brustein afirmou que essa é uma meta viável. Posteriormente, os dados obtidos pelos observatórios de ondas gravitacionais existentes e futuros poderiam ser submetidos à análise, pois as ondas gravitacionais emitidas durante as fusões são de natureza extremamente poderosa e são capazes de transmitir informações sobre a estrutura desses objetos ultracompactos.
