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Buraco negro de laboratório comprova teoria de Stephen Hawking de 1974

Animação de buraco negro supermassivo detectado pela ESO - ESO/L. Calçada
Animação de buraco negro supermassivo detectado pela ESO Imagem: ESO/L. Calçada

Felipe Oliveira

Colaboração para Tilt

04/03/2021 16h56Atualizada em 11/03/2021 16h07

Uma teoria de Stephen Hawking que já tem 47 anos foi finalmente comprovada por cientistas. Em 1974, o físico inglês teorizou que os buracos negros não eram só gigantes gravitacionais engolidores de estrelas, como os astrônomos imaginavam, mas que emitiam luz espontaneamente - o que ficou conhecido como radiação de Hawking.

Contudo, nenhum astrônomo jamais havia observado essa misteriosa radiação - e como está previsto que ela seja muito fraca, talvez nunca verão originalmente. Bom, pelo menos até agora, quando cientistas do Instituto de Tecnologia Technion-Israel "criaram" um buraco negro - obviamente mais seguro e muito menor do que o verdadeiro.

A intenção da pesquisa, detalhada em janeiro na revista "Nature Physics", era confirmar duas das previsões mais importantes de Hawking, que a radiação Hawking surge do nada e que não muda em intensidade com o tempo, o que significa que é estacionária.

"Hawking sugeriu que os buracos negros são como estrelas regulares, que irradiam um certo tipo de radiação o tempo todo, constantemente. Isso é o que queríamos confirmar em nosso estudo, e o fizemos", afirmou o co-autor do estudo, Jeff Steinhauer, professor associado de física do Instituto de Tecnologia Technion-Israel ao site "Live Science".

Como foi feito?

Os pesquisadores criaram um buraco negro com um gás fluindo de aproximadamente 8 mil átomos de rubídio resfriado a quase zero absoluto e mantido no lugar por um feixe de laser. De acordo com a pesquisa, foi criado um Condensado de Bose-Einstein (BEC), um estado misterioso da matéria que permite que milhares de átomos atuem como se fossem um só.

Com um segundo feixe de laser, os pesquisadores criaram um penhasco de energia potencial, no qual o gás fluía como uma cachoeira. Metade desse gás fluía mais rápido que a velocidade do som - a outra era mais lenta que isso. A intenção da equipe era encontrar pares de fónons ou ondas quânticas.

Quando encontraram os pares de fónons, a equipe teve que confirmar se eles estavam correlacionados e se a radiação de Hawking permanecia constante ao longo do tempo. A equipe repetiu o experimento 97 mil vezes em um período de 124 dias antes de conseguir comprovar a teoria.

"Nós mostramos que a radiação de Hawking era estacionária, o que significa que não mudou com o tempo, que é exatamente o que Hawking previu", afirmou Steinhauer.

O que dizia Hawking

Como se sabe, os buracos negros possuem uma gravidade tão poderosa que nem mesmo a luz escapa do seu alcance, ou seja, para escapar uma partícula teria que quebrar as leis da física e viajar mais rápido que a velocidade da luz.

Stephen Hawking afirmou que, embora nada cruze essa fronteira dos buracos negros, eles podem emitir luz espontaneamente graças à mecânica quântica e algo chamado "partículas virtuais".

Mesmo o vácuo completo do espaço está repleto dessas partículas, que entram e saem da existência - essas partículas com energias opostas geralmente se aniquilam. Mas, devido à extrema atração gravitacional na fronteira dos buracos negros, Hawking sugeriu que pares de fótons poderiam ser separados, com uma partícula sendo absorvida pelo buraco negro e a outra escapando para o espaço. O fóton absorvido tem energia negativa e subtrai energia na forma de massa do buraco negro, enquanto o fóton que escapou torna-se radiação Hawking. Só com isso, com tempo suficiente (muito mais do que a idade do universo), um buraco negro poderia evaporar completamente.

"A teoria de Hawking foi revolucionária porque ele combinou a física da teoria quântica de campos com a relatividade geral, a teoria de Einstein que descreve como a matéria distorce o espaço-tempo", afirmou Steinhauer ao "Live Science".

"Ainda está ajudando as pessoas a buscarem novas leis da física estudando a combinação dessas duas teorias em um exemplo físico. As pessoas gostariam de verificar essa radiação quântica, mas é muito difícil com um buraco negro real porque a radiação Hawking é muito fraca em comparação à radiação de fundo do espaço", afirmou.