Em 1974, Stephen Hawking fez uma de suas previsões mais famosas: que os buracos negros acabam evaporando por completo.
Segundo a teoria de Hawking, os buracos negros não são perfeitamente "negros", mas sim emitem partículas. Hawking acreditava que essa radiação poderia eventualmente desviar energia e massa suficientes dos buracos negros para fazê-los desaparecer. A teoria é amplamente assumida como verdadeira, mas já foi considerada quase impossível de provar.
Pela primeira vez, no entanto, os físicos mostraram essa irritante radiação Hawking - pelo menos em um laboratório. Embora a radiação Hawking seja muito fraca para ser detectada no espaço pelos nossos instrumentos atuais, os físicos agora viram essa radiação em um análogo de um buraco negro criado usando ondas sonoras e algumas das matérias mais frias e estranhas do universo.
Pares de partículas
Os buracos negros exercem uma força gravitacional tão poderosa que mesmo um fóton, que viaja à velocidade da luz, não pode escapar. Enquanto o vácuo do espaço é geralmente considerado vazio, a incerteza da mecânica quântica determina que o vácuo esteja repleto de partículas virtuais que passam e desaparecem da existência em pares matéria-antimatéria. (As partículas da antimatéria têm a mesma massa que as contrapartes da matéria, mas carga elétrica oposta.)
Normalmente, depois que um par de partículas virtuais aparece, elas se aniquilam imediatamente. Ao lado de um buraco negro, no entanto, as forças extremas da gravidade separam as partículas, com uma partícula absorvida pelo buraco negro enquanto a outra se lança no espaço. A partícula absorvida possui energia negativa, o que reduz a energia e a massa do buraco negro. Engula o suficiente dessas partículas virtuais, e o buraco negro eventualmente evapora. A partícula de escape se torna conhecida como radiação Hawking.
Essa radiação é fraca o suficiente para que agora seja impossível observá-la no espaço, mas os físicos pensaram em maneiras muito criativas de medi-la em laboratório.
Um horizonte de eventos em cascata
O físico Jeff Steinhauer e seus colegas do Instituto de Tecnologia Technion - Israel em Haifa usaram um gás extremamente frio chamado condensado de Bose-Einstein para modelar o horizonte de eventos de um buraco negro, a fronteira invisível além da qual nada pode escapar. Em uma corrente que flui desse gás, eles colocaram um penhasco, criando uma "cachoeira" de gás; quando o gás fluiu sobre a cachoeira, transformou energia potencial suficiente em energia cinética para fluir mais rápido que a velocidade do som.
Em vez de partículas de matéria e antimatéria, os pesquisadores usaram pares de fônons, ou ondas sonoras quânticas, no fluxo de gás. O fônon no lado lento poderia viajar contra o fluxo do gás, para longe da cachoeira, enquanto o fônon no lado rápido não, preso pelo "buraco negro" do gás supersônico.
"É como se você estivesse tentando nadar contra uma corrente que estava indo mais rápido do que você sabia", disse Steinhauer à Live Science. "Você sentiria que estava avançando, mas realmente voltaria. E isso é análogo a um fóton em um buraco negro tentando sair do buraco negro, mas sendo puxado pela gravidade da maneira errada."
Hawking previu que a radiação das partículas emitidas estaria em um espectro contínuo de comprimentos de onda e energias. Ele também disse que isso poderia ser descrito por uma única temperatura dependente apenas da massa do buraco negro. O experimento recente confirmou essas duas previsões no buraco negro sônico.
"Esses experimentos são um tour de force", disse Renaud Parentani, físico teórico do Laboratoire de Physique Théorique, da Universidade Paris-Sud, à Live Science. Parentani também estuda buracos negros analógicos, mas de um ângulo teórico; ele não estava envolvido no novo estudo. "É um experimento muito preciso. Do lado experimental, Jeff é realmente, atualmente, o especialista líder mundial no uso de átomos frios para sondar a física dos buracos negros".
Parentani, no entanto, enfatizou que este estudo é "um passo em um longo processo". Em particular, este estudo não mostrou os pares de fônons sendo correlacionados no nível quântico, que é outro aspecto importante das previsões de Hawking.
"A história continuará", disse Parentani. "Não é o fim".
