O Dr. Stephen Hawking apresentou uma teoria perturbadora em 1974 que afirmava que os buracos negros evaporam. Agora, 40 anos depois, um pesquisador anunciou a criação de uma simulação da radiação Hawking em laboratório.
A possibilidade de um buraco negro veio da teoria da relatividade geral de Einstein. Karl Schwarzchild, em 1916, foi o primeiro a perceber a possibilidade de uma singularidade gravitacional com um limite em torno do qual a luz ou a matéria que entra não pode escapar.
Este mês, Jeff Steinhauer, do Instituto de Tecnologia Technion - Israel, descreve em seu artigo "Observação da radiação Hawking auto-amplificadora em um laser analógico de buraco negro" na revista Nature, como ele criou um horizonte de eventos analógicos usando uma substância resfriado até quase zero absoluto e usando lasers foi capaz de detectar a emissão de radiação Hawking. Poderia ser essa a primeira evidência válida da existência da radiação Hawking e, consequentemente, selar o destino de todos os buracos negros?
Esta não é a primeira tentativa de criar um análogo de radiação Hawking em um laboratório. Em 2010, um análogo foi criado a partir de um bloco de vidro, laser, espelhos e um detector resfriado (Phys. Rev. Letter, set 2010); nenhuma fumaça acompanhava os espelhos. O pulso ultra curto da intensa luz do laser que passa pelo vidro induziu uma perturbação do índice de refração (RIP) que funcionava como um horizonte de eventos. Viu-se luz emitida pelo RIP. No entanto, os resultados de F. Belgiorno et al. permanecem controversos. Mais experimentos ainda eram necessários.
A última tentativa de replicar a radiação Hawking por Steinhauer adota uma abordagem mais alta tecnologia. Ele cria um condensado de Bose-Einstein, um estado exótico da matéria a uma temperatura zero absoluta muito próxima. Os limites criados dentro do condensado funcionavam como um horizonte de eventos. No entanto, antes de entrar em mais detalhes, vamos dar um passo atrás e considerar o que Steinhauer e outros estão tentando replicar.
A receita para a radiação Hawking começa com um buraco negro. Qualquer buraco negro serve. A teoria de Hawking afirma que os buracos negros menores irradiarão mais rapidamente do que os maiores e, na ausência de matéria que caia neles - a acumulação, "evaporará" muito mais rapidamente. Buracos negros gigantes podem levar mais de um milhão de vezes a idade atual do Universo para evaporar por meio da radiação Hawking. Como um pneu com vazamento lento, a maioria dos buracos negros o levaria à oficina mais próxima.
Então você tem um buraco negro. Tem um horizonte de eventos. Esse horizonte também é conhecido como raio de Schwarzchild; a luz ou a matéria verificando o horizonte de eventos nunca podem ser verificadas. Ou então esse foi o entendimento aceito até que a teoria do Dr. Hawking o alterou. E fora do horizonte de eventos há um espaço comum com algumas ressalvas; considere-o com algumas especiarias adicionadas. No horizonte de eventos, a força da gravidade do buraco negro é tão extrema que induz e amplia efeitos quânticos.
Todo o espaço - dentro de nós e nos cercando até os confins do Universo inclui um vácuo quântico. Em todo lugar no vácuo quântico do espaço, pares virtuais de partículas estão aparecendo e desaparecendo; aniquilando-se imediatamente em escalas de tempo extremamente curtas. Com as condições extremas no horizonte de eventos, pares virtuais de partículas e antipartículas, como elétrons e pósitrons, estão se materializando. As que parecem próximas o suficiente de um horizonte de eventos podem ter uma ou outra partícula virtual afetada pela gravidade dos buracos negros, deixando apenas uma partícula que, consequentemente, está agora livre para adicionar à radiação que emana ao redor do buraco negro; a radiação que, como um todo, é o que os astrônomos podem usar para detectar a presença de um buraco negro, mas não a observam diretamente. É o sem par de partículas virtuais pelo buraco negro em seu horizonte de eventos que causa a radiação Hawking, que por si só representa uma perda líquida de massa do buraco negro.
Então, por que os astrônomos não procuram no espaço a radiação Hawking? O problema é que a radiação é muito fraca e é sobrecarregada pela radiação produzida por muitos outros processos físicos que cercam o buraco negro com um disco de acréscimo. A radiação é abafada pelo coro de processos energéticos. Portanto, a possibilidade mais imediata é replicar a radiação Hawking usando um analógico. Enquanto a radiação Hawking é fraca em comparação com a massa e a energia de um buraco negro, a radiação tem essencialmente o tempo todo no Universo para destruir seu corpo pai.
É aqui que a convergência da crescente compreensão dos buracos negros levou ao trabalho seminal do Dr. Hawking. Teóricos como Hawking perceberam que, apesar da teoria quântica e gravitacional necessária para descrever um buraco negro, os buracos negros também se comportam como corpos negros. Eles são governados pela termodinâmica e são escravos da entropia. A produção da radiação Hawking pode ser caracterizada como um processo termodinâmico e é isso que nos leva de volta aos experimentalistas. Outros processos termodinâmicos poderiam ser usados para replicar a emissão desse tipo de radiação.
Usando o condensado de Bose-Einstein em um vaso, Steinhauer direcionou os raios laser para o delicado condensado para criar um horizonte de eventos. Além disso, seu experimento cria ondas sonoras que ficam presas entre dois limites que definem o horizonte de eventos. Steinhauer descobriu que as ondas sonoras em seu horizonte de eventos analógicos eram amplificadas como acontece com a luz em uma cavidade laser comum, mas também como previsto pela teoria dos buracos negros do Dr. Hawking. A luz escapa do laser presente no horizonte de eventos analógicos. Steinhauer explica que essa luz que foge representa a procurada radiação Hawking.
A publicação deste trabalho na Nature passou por considerável revisão por pares para ser aceita, mas isso por si só não valida suas descobertas. O trabalho de Steinhauer agora resistirá a um escrutínio ainda maior. Outros tentarão duplicar seu trabalho. Sua configuração de laboratório é análoga e resta verificar se o que ele está observando realmente representa a radiação Hawking.
Referências:
“Observação da radiação Hawking auto-amplificadora em um laser analógico de buraco negro”, Nature Physics, 12 de outubro de 2014
"Hawking Radiation from Ultrashort Laser Pulse Filaments", F. Belgiorno, et al., Phys. Carta, setembro de 2010
"Explosões de buracos negros?", S. W. Hawking, et al., Nature, 01 de março de 1974
"A Mecânica Quântica dos Buracos Negros", S. Hawking, Scientific American, janeiro de 1977
