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Cientistas querem usar buracos negros como aceleradores de partículas

Simulação de um buraco negro supermassivo - Goddard Space Flight Center/ Nasa; fundo - ESA/Gaia/DPAC
Simulação de um buraco negro supermassivo Imagem: Goddard Space Flight Center/ Nasa; fundo - ESA/Gaia/DPAC

Mirthyani Bezerra

Colaboração para Tilt

23/10/2020 14h42

Buracos negros são basicamente estrelas mortas conhecidas por sua enorme atração gravitacional, capaz de "engolir" tudo o que passe muito perto deles. Essa atração poderosa pode vir a ser usada, no futuro, para criar ferozes aceleradores de partículas fora da Terra. É o que mostra um estudo publicado no banco de dados da Universidade Cornell (EUA).

No artigo, físicos afirmam que essa é uma missão desafiadora, já que uma configuraçãozinha mal feita poderia pôr a perder todo o experimento, fazendo com que esses corpos celestes devoradores de astros "engulam" as partículas para sempre e não retornem mais.

Aceleradores de partículas existem aqui na Terra desde a década de 1920 e servem basicamente para que os cientistas investiguem a composição inicial do universo. Ou seja, responder a velha perguntar "de onde viemos?". O maior deles é o Grande Colisor de Hádrons, que fica entre as fronteiras da França e da Suíça.

Ele é capaz de acelerar partículas pesadas a mais de 99% da velocidade da luz, gerando níveis imensos de energia. Mas isso dá muito trabalho. Os buracos negros criam naturalmente esse tipo de aceleração insana devido à sua natureza.

Como isso funcionaria?

Imagine uma bola sendo solta do alto de uma colina. Na medida em que ela desce a ladeira, a gravidade vai acelerando a sua trajetória, puxando-a para baixo, certo?

No caso do buraco negro, a gravidade é tão forte que, em vez de acelerar devagarzinho, a partícula é sugada de uma maneira que consegue cair mais rápido que a velocidade da luz. Esse momento da queda em que ela alcança tal velocidade é chamado de horizonte de eventos, e é ele quem define o limite do buraco negro. Ou seja, a partícula que passar dele, já era.

Por isso, o desafio de qualquer iniciativa que queira construir um acelerador de partículas com a atração gravitacional do buraco negro é saber jogar com o horizonte de eventos.

Os físicos do estudo da Cornell descobriram que a tarefa pode se tornar mais fácil se em vez de uma partícula, eles envolverem duas ou mais no experimento.

Segundo eles, quando duas partículas se aproximam do horizonte de eventos, suas velocidades aumentam. Se elas tiverem a combinação exata de velocidade e direção, serão capazes de ricochetear uma na outra, o que faria uma delas atravessar o horizonte de eventos e ser perdida de vista pelos cientistas, enquanto a outra contornaria a borda-limite em direção a uma faixa segura da atração do buraco negro.

O porém da pesquisa

Por causa da complexidade da matemática envolvida para transformar buracos negros nesses "canhões de partículas", os cientistas exploraram cenários pensando nos chamados buracos negros extremos, que existem só na teoria atualmente. Eles teriam a menor massa possível para girar em uma determinada velocidade, se comparados com os da vida real, muito mais massivos.

Mas a pesquisa publicada na revista "Physics Review D" mostra que até nossos buracos negros reais podem ser sim capazes de acelerar partículas de maneira útil.

No mundo real, as partículas não conseguiriam chegar naturalmente ao horizonte de eventos com a alta velocidade esperada para gerarem as colisões. Mas os cientistas descobriram que, ainda assim, colisões de baixa velocidade poderiam ocorrer perto dessa zona limite e também seriam capazes de produzir grandes quantidades de energia.

Só resta saber como fazer isso acontecer na prática, mas essa resposta deve ficar para uma nova pesquisa.