Um físico da Universidade RUDN desenvolveu uma fórmula para calcular a radiação Hawking no horizonte de eventos de um buraco negro, a fórmula permite aos físicos determinar como essa radiação seria alterada com correções quânticas à teoria da gravidade de Einstein. Isso permitirá aos cientistas testar a precisão de diferentes versões da teoria da gravidade quântica observando os buracos negros, e compreende um passo em direção à tão procurada “grande teoria da unificação” que ligaria a mecânica quântica e a relatividade. O artigo foi publicado na revista Physical Review D.
Embora a teoria da gravidade de Einstein corresponda à recente descoberta das ondas de gravidade, ela ainda deixa em aberto algumas questões, incluindo a natureza da singularidade, a matéria escura, a energia escura e a questão da gravidade quântica. Além disso, mesmo as observações das ondas de gravidade não excluem que as teorias da gravitação alternativa possam ser precisas e podem ser usadas para descrever os buracos negros. Tais teorias, que incluem componentes quânticos adicionais, não contradizem o quadro observado de fusões de buracos negros. Cálculos feitos seguindo essas teorias preveem o mesmo comportamento dos buracos negros a uma grande distância uns dos outros, mas ao mesmo tempo, demonstram características importantes perto do horizonte do evento – a “borda” do buraco negro a partir do qual não há retorno.
Acredita-se ser impossível olhar para além do horizonte de eventos de um buraco negro porque nada pode escapar, incluindo partículas e radiação. No entanto, Stephen Hawking provou que os buracos negros podem “evaporar” através da emissão de várias partículas elementares.
Isto significa que com o tempo, toda a informação absorvida por um buraco negro pode desaparecer, o que é contrário às ideias fundamentais sobre a informação – acredita-se que a informação não pode desaparecer sem um vestígio. Portanto, as teorias da gravitação alternativa, destinadas a eliminar este paradoxo, tornaram-se mais populares, pois poderiam contribuir para uma teoria da gravitação quântica.
Uma das abordagens mais promissoras é a teoria de Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet com dilaton – ela aplica componentes quânticos como uma correção à Teoria da Relatividade Geral.
“A teoria alternativa que temos considerado é inspirada pelo limite de baixa energia da teoria das cordas, a chamada teoria Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet com dilaton. Além da parte de Einstein, ela contém termos de curvatura quadrática e um campo escalar”, diz Roman Konoplya, pesquisador do Instituto Educacional e de Pesquisa da Gravitação e Cosmologia da Universidade RUDN.
Para descrever como um buraco negro responde a perturbações gravitacionais externas, os cosmólogos usam o conceito de modos quasinormais. Os modos são oscilações que ocorrem quando uma ação externa sobre um buraco negro, cujas características dependem da força do impacto e dos parâmetros do próprio buraco negro. São chamados quasinormais porque se desvanecem com o tempo e sua amplitude só pode ser medida por um pequeno período. Tais oscilações são geralmente descritas usando a frequência como um número complexo, cuja parte real são as oscilações periódicas, e o imaginário – a taxa de decaimento.
O físico da Universidade RUDN, juntamente com cientistas da República Checa Antonina Zinhailo e Zdeněk Stuchlík, estudou a radiação clássica (quasinormal) e quântica (Hawking’s) dos campos de ensaio no fundo de um buraco negro tetradimensional, esférico simétrico e assintomático na teoria de Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet com dilaton. Eles obtiveram uma fórmula analítica para o estado eikonal dos modos quasinormais e a utilizaram para calcular os modos quasinormais dos campos de teste escalar e Maxwell e estimaram a intensidade da radiação Hawking para o buraco negro Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet.
Os campos de texto são todos os campos nas proximidades de um buraco negro porque se propagam no seu fundo (por exemplo, um campo Dirac ou um campo electromagnético). A intensidade da radiação eletromagnética Hawking e do campo Dirac provou ser uma característica significativamente mais sensível do que seu espectro quasinormal, mostrando um aumento na taxa de emissão de energia de 57% e 48%, respectivamente, para os campos.
“Obtivemos uma estimativa da intensidade da evaporação do Hawking dos buracos negros levando em conta correções quânticas na geometria do buraco negro”, conclui Roman Konoplya.
“A radiação clássica (por exemplo, eletromagnética ou outras ondas) difere da de Einstein apenas alguns por cento, ou seja, a radiação Hawking é um mecanismo muito mais sensível. Os modos quasinormais são as frequências da radiação clássica, que, ao contrário dos modos quânticos, diferem pouco do caso de Einstein. No futuro, talvez observando os buracos negros primários que apareceram no início do universo, isto possa clarificar as nossas ideias sobre correções quânticas à gravidade”.
Por RUDN University.
O estudo foi publicado na revista Physical Review D, clique aqui para acessá-lo.
