Se existirem buracos de minhoca, eles podem engolir buracos negros.
Os astrônomos acham que podem detectar buracos negros caindo em buracos de minhoca usando ondulações no espaço-tempo conhecidas como ondas gravitacionais, mas apenas se os buracos de minhoca realmente existirem e tal cenário acontecer, descobriu um novo estudo.
De acordo com Einstein, que primeiro previu a existência de ondas gravitacionais em 1916, a gravidade resulta da maneira como a massa deforma o espaço e o tempo. Quando dois ou mais objetos se movem dentro de um campo gravitacional, eles produzem ondas gravitacionais que viajam à velocidade da luz, esticando e comprimindo o espaço-tempo ao longo do caminho.
As ondas gravitacionais são extraordinariamente difíceis de detectar porque são extremamente fracas, e até mesmo Einstein não tinha certeza se elas realmente existiam e se seriam descobertas. Após décadas de trabalho, os cientistas relataram as primeiras evidências diretas de ondas gravitacionais em 2016, detectadas por meio do Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO).
Observatórios de ondas gravitacionais detectaram mais de 20 colisões gigantes entre objetos extraordinariamente densos e massivos, como buracos negros e estrelas de nêutrons. No entanto, objetos mais exóticos podem teoricamente existir, como buracos de minhoca, cujas colisões também deveriam produzir sinais gravitacionais que os cientistas poderiam detectar.
Buracos de minhoca são túneis no espaço-tempo que, em teoria, podem permitir viajar para qualquer lugar no espaço e no tempo, ou mesmo para outro universo. A teoria da relatividade geral de Einstein permite a possibilidade de buracos de minhoca, embora se eles realmente existam seja outra questão.
Em princípio, todos os buracos de minhoca são instáveis, fechando no instante em que se abrem. A única maneira de mantê-los abertos e atravessáveis é com uma forma exótica de matéria com a chamada “massa negativa”. Essa matéria exótica tem propriedades bizarras, incluindo voar para longe de um campo gravitacional padrão em vez de cair em sua direção como a matéria normal. Ninguém sabe se essa matéria exótica realmente existe.
De muitas maneiras, um buraco de minhoca se assemelha a um buraco negro. Ambos os tipos de objetos são extraordinariamente densos e têm uma poderosa atração gravitacional para objetos de seu tamanho. A principal diferença é que nenhum objeto pode teoricamente sair de volta depois de entrar no horizonte de eventos de um buraco negro – o limite onde a velocidade necessária para escapar da atração gravitacional do buraco negro excede a velocidade da luz – enquanto qualquer objeto que entra em um buraco negro poderia teoricamente reverter o curso.
Assumindo que podem existir buracos de minhoca, os cientistas investigaram os sinais gravitacionais gerados quando um buraco negro orbita um buraco de minhoca para um novo artigo, que ainda não foi revisado por pares. Os pesquisadores também exploraram o que pode acontecer quando o buraco negro entra por uma boca do buraco de minhoca, sai da outra boca do buraco de minhoca para outro ponto no espaço-tempo e então – assumindo que o buraco negro e o buraco de minhoca estão gravitacionalmente ligados um ao outro – cai para trás no buraco de minhoca e emerge do outro lado.
Nenhuma escapatória
Em modelos de computador, os pesquisadores analisaram as interações entre um buraco negro cinco vezes a massa do sol e um buraco de minhoca estável e atravessável 200 vezes a massa do sol com uma garganta 60 vezes mais larga que o buraco negro. Os modelos sugeriram que sinais gravitacionais diferentes de todos os vistos até agora ocorreriam quando o buraco negro entrasse e saísse do buraco de minhoca.
Quando dois buracos negros espiralam mais perto um do outro, suas velocidades orbitais aumentam, como os patinadores artísticos giratórios que aproximam os braços do corpo. Por sua vez, a frequência das ondas gravitacionais aumenta. O som que essas ondas gravitacionais produziriam é um chiado, muito parecido com quando se aumenta o tom rapidamente com um apito deslizante, uma vez que qualquer aumento na frequência corresponde a um aumento no tom.
Se alguém assistisse a uma espiral de buraco negro em um buraco de minhoca, veria um chilrear muito parecido com o encontro de dois buracos negros, mas o sinal gravitacional do buraco negro desapareceria rapidamente, pois irradiava a maior parte de suas ondas gravitacionais do outro lado do buraco de minhoca. (Em contraste, quando dois buracos negros colidem, o resultado é uma explosão gigante de ondas gravitacionais.)
Se alguém observasse um buraco negro emergir de um buraco de minhoca, veria um “anti-chirp”. Especificamente, a frequência das ondas gravitacionais do buraco negro diminuiria à medida que ele se afastasse do buraco negro.
Como o buraco negro continua entrando e saindo de cada boca do buraco de minhoca, ele geraria um ciclo de chilros e anti-chilros. O período de tempo entre cada chiado e o anti-chiado encolheria com o tempo até que o buraco negro ficasse preso na garganta do buraco de minhoca. A detecção desse tipo de sinal gravitacional pode dar suporte à existência de buracos de minhoca.
“Embora os buracos de minhoca sejam muito especulativos, o fato de podermos ter a capacidade de provar ou pelo menos dar credibilidade à sua existência é muito legal”, disse o co-autor do estudo William Gabella, físico da Universidade Vanderbilt em Nashville. com.
Nesse cenário, eventualmente o buraco negro pararia de entrar e sair do buraco de minhoca e se estabeleceria perto de sua garganta. As consequências de tal finale dependem das propriedades completamente especulativas da matéria exótica encontrada na garganta do buraco de minhoca. Uma possibilidade é que o buraco negro tenha efetivamente aumentado a massa do buraco de minhoca e o buraco de minhoca não possua matéria exótica suficiente para se manter estável. Talvez a interrupção resultante no espaço-tempo faça com que o buraco negro converta sua massa em energia na forma de uma quantidade extraordinária de ondas gravitacionais, disse Gabella.
Contanto que um buraco de minhoca tenha uma massa maior do que qualquer buraco negro que encontrar, ele deve permanecer estável. Se um buraco negro encontrar um buraco negro maior, o buraco negro pode perturbar a matéria exótica do buraco de minhoca o suficiente para desestabilizar o buraco de minhoca, fazendo com que ele entre em colapso e provavelmente forme um novo buraco negro, disse Gabella.
Permanece incerto o que poderia acontecer se um buraco negro cortasse apenas as bordas de um buraco de minhoca, com parte do buraco negro entrando na boca de um buraco de minhoca e o resto ficando fora dele. “Eu suspeito que haveria algum comportamento maluco no horizonte de eventos do buraco negro, dando origem a ainda mais ondas gravitacionais e mais perda de energia”, disse Gabella. Tal colisão também pode perturbar a matéria exótica do buraco de minhoca, “levando a um buraco de minhoca instável”, acrescentou.
Pesquisas futuras podem explorar as interações entre a matéria exótica de um buraco de minhoca e qualquer matéria normal entrando no buraco de minhoca, bem como cenários mais complexos, como o que pode acontecer se o buraco de minhoca estiver girando, disse Gabella. Outras direções de pesquisa podem investigar como as ondas gravitacionais interagem com a matéria normal e exótica nesses cenários, bem como “a variedade de órbitas que podem ocorrer entre os buracos de minhoca e você escolhe”, acrescentou.
Os cientistas detalharam suas descobertas online em 17 de julho em um estudo que planejam enviar para a revista Physical Review Letters. A pesquisa foi detalhada no site de pré-impressão arXiv.org.
Publicado em 12/08/2020 14h14
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