Os buracos negros são motores poderosos de pura gravidade, capazes de puxar objetos com tanta intensidade que eles não podem escapar.
Quando esses objetos se aproximam do horizonte de eventos, eles são acelerados a velocidades incríveis. Agora, alguns físicos estão sugerindo aproveitar a atração gravitacional dos buracos negros para criar aceleradores de partículas ferozes. O truque, segundo o novo estudo, é configurar tudo cuidadosamente para que as partículas não se percam para sempre no insaciável buraco negro. Esse novo insight pode nos ajudar a identificar os buracos negros dos fluxos de partículas que se desprendem deles.
Caindo juntos
Digamos que uma partícula comece a cair em um buraco negro. À medida que se aproxima do buraco negro, ele acelera, assim como uma bola acelera ao rolar colina abaixo. Na verdade, é muito pior do que uma bola rolando colina abaixo, porque a gravidade de um buraco negro é tão forte que as partículas podem cair mais rápido do que a velocidade da luz
O horizonte de eventos – a distância do buraco negro onde as partículas em queda atingem a velocidade da luz – define o limite do buraco negro.
Se uma partícula cair, ela estará perdida para sempre, presa atrás do horizonte de eventos, sem esperança de escapar. Ao pensar em fazer um acelerador de partículas, essa região é proibida, pois um acelerador que nunca expeliu partículas e isso não seria nada divertido.
Mas essa é a história de apenas uma partícula solitária. Quando duas ou mais partículas estão envolvidas, as coisas podem ficar interessantes.
Indo ao extremo
Se duas partículas se aproximam de um buraco negro, cada uma recebe um grande aumento de energia. Nossos atuais aceleradores de partículas aceleram partículas pesadas a mais de 99% da velocidade da luz, mas dá muito trabalho (e no caso do maior destruidor de átomos do mundo, o Grande Colisor de Hádrons, um anel de canais supercondutores de quase 17 milhas, ou 27 quilômetros de comprimento). Os buracos negros criam esse tipo de aceleração insana simplesmente por existir.
À medida que as duas partículas se aproximam do horizonte de eventos, suas velocidades aumentam. E se por acaso eles tiverem a combinação certa de velocidade e direção de chegada, eles podem ricochetear um no outro, enviando um deles para sua ruína, enquanto o outro contorna a borda do horizonte de eventos antes de voar para a segurança.
Esses eventos são raros, mas pesquisas anteriores descobriram que as partículas são capazes de colidir com energias arbitrariamente altas – tudo depende de quão perto elas podem chegar do horizonte de eventos (e quão perto elas chegam da velocidade da luz) no momento da colisão.
Este acelerador de partículas giratório funcionaria ainda melhor para buracos negros em rotação. Devido ao seu giro extremo, esses tipos de buracos negros podem girar no espaço-tempo ao redor do horizonte de eventos, permitindo que mais partículas alcancem a vizinhança do horizonte de eventos antes de voar para o infinito.
Porém, há um problema nesta história. Devido à natureza complexa da matemática envolvida, este cenário do buraco negro como um canhão de partículas só foi explorado no caso do que é conhecido como buracos negros “extremos”. Esses são buracos negros teóricos que têm a menor massa possível que pode girar a uma determinada velocidade. Na vida real, os cientistas pensam que quase todos (senão absolutamente todos) os buracos negros são muito mais massivos do que estritamente precisam ser.
Isso tornaria os buracos negros da vida real “não extremos”, o que significa que, até agora, os físicos não tinham certeza se poderiam atuar como colisores de partículas ou não.
Fazendo tudo funcionar
Acontece que sim, graças a uma nova pesquisa publicada em 1º de outubro no banco de dados de pré-impressão arXiv e com publicação na revista Physics Review D. A nova pesquisa descobriu que buracos negros mais realistas – incluindo buracos negros massivos em rotação e eletricamente buracos negros carregados ainda podem acelerar partículas de maneira útil.
Não é uma arma de partículas genérica, no entanto. A fim de obter o chute de alta velocidade necessário, as partículas que chegam precisam estar entrando em alta velocidade, o que meio que nega o ponto. Mas os pesquisadores descobriram que várias colisões de baixa velocidade podem ocorrer perto do horizonte de eventos, levando à produção de alta energia desejada.
Infelizmente, uma vez que as colisões têm que ocorrer perto do horizonte de eventos para alcançar tais energias insanas, quando eles escapam do buraco negro eles têm que lutar contra toda aquela gravidade quase avassaladora, desacelerando-os antes que eles alcancem a verdadeira liberdade no espaço interestelar. Felizmente, os pesquisadores encontraram uma solução para esse problema também, mostrando que as colisões de alta energia podem ocorrer em torno de buracos negros em rotação sem chegar muito perto dos horizontes de eventos – o que significa que as partículas podem disparar em um clarão de glória.
Publicado em 24/10/2020 10h40
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