Os buracos negros podem não existir, mas as bolas de penugem podem, a teoria selvagem sugere

Buracos negros são, de longe, os objectos mais misteriosos do universo. Eles são objetos no cosmos onde todo o nosso conhecimento de física se decompõe completamente.

E ainda assim, apesar da sua aparente impossibilidade, eles existem. Mas e se estes monstros gravitacionais não forem buracos negros de todo, mas sim o equivalente cósmico de bolas de cordel felpudas e vibrantes?

Nova pesquisa sugere que pode ser esse o caso, e que com as próximas observações poderemos realmente vê-los.

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O problema dos buracos negros

Os buracos negros aparecem na teoria da relatividade geral de Einstein, e por todos os direitos eles simplesmente não deveriam existir. Nessa teoria, se um tufo de matéria se esmaga num volume suficientemente pequeno, então a gravidade pode tornar-se esmagadoramente forte. Essa louca compressão gravitacional pode competir mais que qualquer uma das outras quatro forças fundamentais da natureza – como a forte força nuclear que mantém essa massa de matéria unida. Uma vez atingido um certo limiar crítico, o aglomerado de matéria apenas se aperta e aperta, comprimindo-se num ponto infinitamente pequeno.

Aquele ponto infinitamente pequeno é conhecido como a singularidade, e é circundado por uma superfície conhecida como horizonte de eventos – o lugar onde a força da gravidade excede a velocidade da luz.

Obviamente, não existe tal coisa como um ponto infinitamente pequeno, por isso esta imagem parece errada. Mas em meados do século 20 os astrônomos começaram a encontrar objetos que pareciam buracos negros, agiram como buracos negros e provavelmente também cheiravam a buracos negros. Apesar da impossibilidade deles, lá estavam eles, flutuando pelo universo.

E esse não é o único problema. Em 1976, o físico Stephen Hawking percebeu que os buracos negros não são completamente negros. Devido à esquisitice da mecânica quântica, os buracos negros evaporam-se lentamente. Isto levou a um paradoxo: toda a informação que cai num buraco negro fica trancada lá dentro. Mas a radiação do Hawking não transporta essa informação (pelo menos, tanto quanto sabemos). Então quando o buraco negro eventualmente evapora, o que acontece com toda essa informação?

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Uma solução filiforme

Duas décadas, os físicos teóricos têm trabalhado arduamente para encontrar algo – qualquer coisa – para explicar os buracos negros. Algo que explique o paradoxo da informação e algo para substituir a singularidade pela matemática que funciona.

Dentre esses teóricos são os que trabalham na teoria das cordas, que é um modelo do universo que substitui todas as partículas e forças que você ama por cordas subatômicas e vibrantes. Na teoria das cordas, essas cordas são os constituintes fundamentais da matéria no Universo, mas não podemos vê-las como cordas por serem tão pequenas. Ah, e para que a matemática da teoria das cordas funcione, deve haver dimensões extras – todas minúsculas qualquer enroladas em si mesmas em escalas subatômicas para que não as vejamos, nem elas.

Teoria das cordas afirma ser uma teoria de tudo, capaz de explicar todo tipo de partícula, todo tipo de força, e basicamente tudo no universo (e, para completar, todo o universo em si).

Então a teoria das cordas deveria ser capaz de explicar o inexplicável: ela deveria ser capaz de substituir os buracos negros por algo menos assustador.

E, de fato, os teóricos das cordas propuseram uma substituição menos assustadora para os buracos negros. Eles são chamados fuzzballs.

Desfiando o fio

Na teoria das cordas, os buracos negros não são nem pretos nem buracos. Em vez disso, a melhor metáfora para explicar o que é uma bola de penugem olhar para outro objeto compacto e estranho no universo: estrelas de nêutrons.

As estrelas de nêutrons são o que acontece quando um objeto não tem gravidade suficiente para se comprimir no que chamamos de buraco negro. Dentro de uma estrela de nêutrons, a matéria é comprimida no seu estado de maior densidade possível. Os neutrões são um dos constituintes fundamentais dos átomos, mas normalmente jogam junto com outras partículas, como prótons e elétrons. Mas numa estrela de neutrões, esse tipo de camaradagem atómica decompõe-se e dissolve-se, deixando para trás apenas os neutrões amontoados o mais apertado possível.

Com bolas de penugem, as cordas fundamentais deixam de trabalhar juntas e simplesmente aglomeram-se, tornando-se uma grande, bem, bola de cordas. Uma bola de penugem.

As bolas de penugem não estão completamente esticadas, mesmo em teoria, porque por mais legal que a teoria das cordas soe, ninguém jamais foi capaz de encontrar uma solução matemática completa para isso – e assim as bolas de penugem não são apenas difusas na realidade física, mas também difusas nas possibilidades matemáticas.

Pode ser possível encontrar bolas de penugem com as próximas pesquisas, como descrito em um artigo de revisão publicado em 27 de outubro no arXiv da revista pré-impressão. Estamos agora começando a passar provando a existência de buracos negros e em direção a

provando os detalhes de como eles se comportam, e nossa melhor maneira de fazê-lo é através de ondas gravitacionais.

Quando os buracos negros colidem e se fundem, eles liberam um tsunami de ondas gravitacionais, que se lavam através do cosmos, eventualmente alcançando nossos detectores na Terra. Para todas as dezenas de fusões de buracos negros que temos testemunhado até agora, a assinatura de onda gravitacional é exactamente o que a relatividade geral prevê que os buracos negros façam.

Mas instrumentos futuros, como o avançado Interferómetro Laser – Observatório de Ondas Gravitacionais (LIGO) e a Antena Espacial do Interferómetro Laser (uma proposta de detector de ondas gravitacionais baseado no espaço), podem ter a sensibilidade para distinguir entre buracos negros normais e bolas de penugem. Eu digo “talvez” porque diferentes modelos de bolas de penugem prevêem variações diferentes do comportamento padrão dos buracos negros.

Se formos capazes de encontrar evidências para bolas de penugem, isso não responderia apenas à questão do que são realmente os buracos negros; revelaria algumas das bases mais profundas da natureza.

Originalmente publicado em Live Science.