Medir a temperatura de um buraco negro é uma tarefa aparentemente impossível. Mas físicos relatam que fizeram algo melhor. Eles mediram a temperatura de um buraco negro sonoro feito em laboratório, que captura o som em vez de luz.
Se o resultado se mantiver, confirmará uma previsão do cosmólogo Stephen Hawking, que primeiro propôs uma verdade surpreendente sobre os buracos negros: eles não são verdadeiramente negros. Em vez disso, um fluxo relativamente pequeno de partículas sangra da margem de cada buraco negro a uma temperatura que depende do tamanho do buraco negro. Essa radiação Hawking é fraca demais para ser observada em buracos negros verdadeiros. Mas os físicos identificaram indícios de radiação similar a partir de análises de buracos negros criados no laboratório. No novo estudo, a temperatura do buraco negro sônico está de acordo com o previsto pela teoria de Hawking, relatou a equipe na Nature em 30 de maio .
“É um marco muito importante”, diz o físico Ulf Leonhardt, do Instituto Weizmann de Ciência, em Rehovot, Israel, que não esteve envolvido no estudo. “É novo em todo o campo. Ninguém fez esse experimento antes.
Para produzir o buraco negro sônico, os pesquisadores usaram átomos ultrafrios de rubídio, resfriados a um estado conhecido como condensado de Bose-Einstein, e os colocaram fluindo. Analogamente à luz de aprisionamento por gravidade de um buraco negro, os átomos fluentes impedem que as ondas sonoras escapem, como um caiaquista remando contra uma corrente forte demais para ser superada. Experimentos anteriores com essa configuração mostraram sinais de radiação Hawking , mas ainda não foi possível medir sua temperatura.
A radiação Hawking vem de pares de partículas quânticas que aparecem constantemente em todo lugar, mesmo no espaço vazio. Normalmente, essas partículas aniquilam-se imediatamente umas às outras. Mas na borda de um buraco negro, se uma partícula cai, a outra pode escapar, resultando na radiação de Hawking. No buraco negro sônico, uma situação semelhante ocorre: Pares de ondas sonoras conhecidas como fônons podem aparecer, com um caindo e o outro escapando.
As medições dos fônons que escaparam e as que caíram permitiram aos pesquisadores estimar a temperatura, 0,35 bilionésimo de um kelvin. “Encontramos muito boa concordância com as previsões da teoria de Hawking”, diz o físico Jeff Steinhauer, do Instituto de Tecnologia Technion-Israel, em Haifa.
O resultado também concorda com a previsão de Hawking de que a radiação seria térmica, o que significa que as energias das partículas teriam uma distribuição como a do brilho emitido por um objeto quente, como a luz avermelhada de um fogão elétrico quente.
Depois que Hawking propôs sua teoria, esta predição da propriedade térmica da radiação levou a um enigma conhecido como o paradoxo da informação do buraco negro. Na mecânica quântica, a informação nunca pode ser destruída. Mas as partículas que escapam dos buracos negros minariam lentamente a massa do gigante e, durante um longo período de tempo, o buraco negro encolheria em nada.
Isso significa que as informações que caíram no buraco negro (na forma de partículas, enciclopédias ou outras) não estariam mais contidas nele. E se a radiação de Hawking é térmica, a informação não poderia ter sido levada pelas partículas em fuga. Isso porque as partículas emitidas são indistinguíveis daquelas irradiadas por um objeto comum com uma determinada temperatura, ou mesmo por um buraco negro diferente da mesma massa. Isso sugere que a informação pode ser perdida quando um buraco negro se evapora, uma violação da mecânica quântica.
Não está claro se o novo estudo poderia ajudar os cientistas a resolver o paradoxo da informação. Uma solução provavelmente exigirá uma nova teoria que combina gravidade e mecânica quântica em uma nova teoria da gravidade quântica – uma tarefa que é um dos maiores problemas pendentes na física. Mas essa teoria não se aplica a buracos negros sônicos, uma vez que eles não são criados pela gravidade. “A solução para o paradoxo da informação está na física de um verdadeiro buraco negro, não na física de um buraco negro analógico”, diz Steinhauer. [Science News]
