Um trabalho recente mostrou como “singularidades nuas” podem desafiar a conjectura da barreira cósmica
Os buracos negros são frequentemente descritos como entidades destrutivas perigosas que nunca desistem do que cai em suas mãos. Mas e se os buracos negros forem protetores – nos protegendo dos efeitos imprevisíveis de lugares onde nossa compreensão física do universo falha? Essa pergunta pode parecer irreverente, mas, na verdade, está no cerne de um quebra-cabeça da física de décadas conhecido como “censura cósmica”, que os pesquisadores podem finalmente estar perto de responder.
Dentro dos buracos negros, termina a física como a conhecemos. Nossa teoria atual da gravidade, a teoria geral da relatividade de Einstein, prevê sua própria falha em pontos do espaço-tempo chamados de “singularidades”. De acordo com as equações, nesses pontos, os campos gravitacionais se comportam de maneira imprevisível, muitas vezes intensificando-se a níveis impossíveis e infinitamente altos, onde as próprias equações não podem descrever o que acontece.
Os princípios fundamentais da física exigem que o mundo físico real continue a fazer sentido dentro dos buracos negros. Eles tendem a interpretar esse colapso da matemática como significando que alguma física ainda desconhecida, que provavelmente envolve a mecânica quântica, assume o controle perto das singularidades. Mas até que eles encontrem uma teoria que unifique a gravidade e a física quântica, não se pode saber exatamente o que acontece nesses pontos.
Felizmente, com as singularidades inseridas nos buracos negros, não precisamos nos preocupar com seus efeitos potencialmente bizarros no mundo externo. Mas e se essas singularidades pudessem aparecer do lado de fora – por conta própria? As implicações podem ser enormes. Como ainda não temos uma teoria completa para descrever o que acontece nas singularidades, não podemos confiar na história que a relatividade geral nos conta. “As singularidades nuas fazem com que a relatividade geral perca seu poder preditivo”, diz Yen Chin Ong, físico da Universidade de Yangzhou, na China, que estudou a natureza das singularidades nas teorias gravitacionais.
Durante a década de 1960, o físico britânico Roger Penrose estava no meio de um trabalho sobre a matemática dos buracos negros e singularidades que mais tarde lhe renderia o Prêmio Nobel de Física de 2020. Naquela época, ninguém havia encontrado qualquer evidência convincente de que as equações da relatividade geral poderiam descrever essas singularidades descobertas em um universo fisicamente sensível. Eles só se materializavam escondidos dentro de um buraco negro. Penrose reuniu pistas que sugeriam uma conjectura – uma suposição informada, não uma prova hermética – de que a relatividade geral nunca faria essa previsão. Essa conjectura é conhecida como censura cósmica: de alguma forma, a matemática deve funcionar para que a natureza censure essas singularidades “nuas” da existência.
A censura cósmica é uma ideia que parece aos físicos que deve estar certa, e a maioria presume que está. Embora os pesquisadores tenham sugerido maneiras de detectar singularidades nuas – sinais observáveis que poderiam distingui-las dos buracos negros – os astrônomos ainda não viram nenhuma evidência delas. No entanto, depois de mais de 50 anos, ninguém provou ou refutou a conjectura de Penrose.
Nas primeiras décadas após o trabalho inicial de Penrose, estudos teóricos apoiaram a ideia de que a censura cósmica seria válida. Então, em 2010, os físicos Luis Lehner e Frans Pretorius usaram uma simulação de computador para mostrar que a superfície externa dos buracos negros poderia se quebrar em pedaços e deixar para trás singularidades nuas. A fratura vem com uma reviravolta curiosa, no entanto. Isso acontece por meio de um processo, a chamada instabilidade de Gregory-Laflamme, que só pode acontecer em universos com mais de três dimensões de espaço. Em outras palavras, esses tipos de instabilidades reveladoras de singularidade deveriam ser impossíveis nas três dimensões do nosso universo, conforme descrito pela relatividade geral.
Apesar dessa ressalva, o resultado ainda tem significado. Com este único exemplo como ponto de partida, os pesquisadores podem procurar processos semelhantes e perguntar: “Algo assim acontece em nosso universo?” Se a resposta for não, eles podem perguntar: “Por que não?” Pau Figueras, um físico da Queen Mary University de Londres, diz que essa abordagem não equivale a uma prova completa, mas que ainda é persuasiva. “Se este processo particular é a única maneira de violar a censura cósmica”, diz ele, “e os buracos negros astrofísicos não sofrem com isso, então isso oferece uma maneira de provar que a conjectura [de Penrose] é verdadeira em espaços-tempos astrofísicos.”
O resultado de Lehner e Pretorius inspirou uma nova explosão de interesse na censura cósmica. Segundo Figueras, o campo ganhou impulso na última década, em grande parte graças aos avanços da computação que permitiram calcular como os buracos negros evoluem e, em alguns casos, se desintegram para revelar singularidades. “Não é só que os computadores necessários não estavam disponíveis há 20 anos”, diz ele. “Não sabíamos como simular a relatividade geral e, portanto, buracos negros em computadores.” O resultado, diz ele, é que sim, singularidades nuas são mais comuns do que o esperado – em universos com dimensões extras.
Figueras e seus colegas demonstraram, por exemplo, que singularidades nuas podem aparecer quando buracos negros colidem. Essas colisões acontecem até mesmo em nossa universidade. Mas os pesquisadores descobriram que tais eventos em nosso universo não produzem o mesmo resultado – uma colisão sempre termina com a singularidade ainda envolta em um buraco negro.
Uma prova completa ou refutação conclusiva da conjectura da censura cósmica de Penrose permanece elusiva. No entanto, quer a conjectura seja válida ou não, o quebra-cabeça em si não é mais o ponto principal para a maioria dos teóricos, diz Ong. “É o que podemos aprender ao longo do caminho, quais percepções podemos obter, quais ferramentas podemos desenvolver”, acrescenta. “A jornada será importante, não apenas o destino.”
Publicado em 27/08/2021 14h50
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