Stephen Hawking estava certo. Buracos negros podem evaporar-se

JPL-Caltech / NASA

Em 1974, Stephen Hawking fez uma das suas mais famosas predições: que os buracos negros poderiam, eventualmente, evaporar-se.

De acordo com a teoria de Hawking, os buracos negros não são perfeitamente “negros”. Em vez disso, emitem partículas. Essa radiação, acreditava o cientistas, poderia eventualmente extrair energia e massa suficientes dos buracos negros para fazer com que desaparecessem. A teoria é amplamente aceite como verdadeira, mas já foi quase impossível provar.

Pela primeira vez, no entanto, os físicos mostraram a indescritível radiação de Hawking – pelo menos em laboratório. Embora a radiação de Hawking seja demasiado fraca para ser detetada no espaço pelos nossos instrumentos atuais, os físicos já viram a radiação num buraco negro analógico criado usando ondas sonoras e algumas das mais frias e estranhas matérias do universo.

Os buracos negros exercem uma força gravitacional incrivelmente poderosa que até mesmo um fotão, que viaja à velocidade da luz, não conseguiria escapar. Enquanto o vácuo do espaço é geralmente visto como vazio, a incerteza da mecânica quântica dita que o vácuo está repleto de partículas virtuais que entram e saem da existência em pares matéria-antimatéria.

Normalmente, depois de um par de partículas virtuais aparecer, aniquilam-se imediatamente. Ao lado de um buraco negro, no entanto, as forças extremas da gravidade, em vez disso, separam as partículas, com uma partícula absorvida pelo buraco negro, enquanto a outra é disparada para o espaço.

A partícula absorvida tem energia negativa, o que reduz a energia e a massa do buraco negro. Engolindo suficientes partículas virtuais, o buraco negro acabará eventualmente por evaporar. A partícula que escapa é conhecida como radiação de Hawking. Essa radiação é demasiado fraca e é impossível atualmente observá-la no espaço.

O físico Jeff Steinhauer e os seus colegas do Technion – Instituto de Tecnologia de 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. Num fluxo desse gás, colocaram um penhasco, criando uma “cascata” de gás. Quando o gás fluía sobre a cascata, transformava energia potencial em energia cinética para fluir mais rápido do que a velocidade do som.

Em vez de partículas de matéria e antimatéria, os investigadores usaram pares de fonões, ou ondas sonoras quânticas, no fluxo de gás. O fonão no lado lento conseguia viajar contra o fluxo do gás, longe da cascata, enquanto o fonão no lado rápido não conseguia, ficando preso pelo “buraco negro” do gás supersónico.

“É como se estivesse a tentar nadar contra uma corrente mais rápida do que poderia nadar”, disse Steinhauer ao Live Science. “Isso é análogo a um fotão num buraco negro a tentar sair, mas a ser puxado pela gravidade da maneira errada”.

Hawking previu que a radiação das partículas emitidas estaria num espectro contínuo de comprimentos de onda e energias. O físico também disse que poderia ser descrito por uma única temperatura que dependesse apenas da massa do buraco negro. A recente experiência confirmou ambas as previsões no buraco negro sónico.

Este estudo é um passo ao longo de um longo processo. Por outro lado, este estudo não mostrou os pares de fonões a ser correlacionados a nível quântico, que é outro aspeto importante das previsões de Hawking.