Um espaço-tempo de buraco branco é simplesmente a inversão temporal de um espaço-tempo de buraco negro, sustenta um novo estudo.
Nos últimos anos, os buracos negros passaram de possibilidades exóticas altamente teóricas a objetos astrofísicos bem observados.
As provas observacionais provêm de fontes como a primeira observação de ondulações no espaço-tempo causadas por colisões de buracos negros e a primeira fotografia de um buraco negro, publicada em abril de 2019.
Os buracos negros são previstos pela teoria da relatividade geral de Einstein, que descreve o universo à escala mais vasta.
Mas estes objetos também devem distorcer o espaço-tempo à escala mais ínfima, o que significa que os buracos negros também devem ter propriedades quânticas interessantes.
O desafio para os teóricos é encontrar formas de unir as teorias díspares da relatividade e da mecânica quântica numa teoria da gravidade quântica em “loop” que preveja corretamente as observações.
E estes teóricos têm andado ocupados, conta a Discover Magazine. Durante a última década, desenvolveram uma compreensão teórica cada vez mais sofisticada dos buracos negros que poderá explicar alguns dos maiores mistérios da cosmologia.
Agora, o físico Carlo Rovelli e a astrónoma Francesca Vidotto analisaram este progresso, e destacam algumas das suas conclusões de cair o queixo.
No seu novo trabalho, os dois investigadores da Western University, no Canadá sugerem que quando os buracos negros morrem, tornam-se buracos brancos.
Além disso, sustentam que há miríades de pequenos buracos brancos que podem estar a passar pela Terra a qualquer momento, e que estes objetos são um candidato ideal para a matéria negra que os cosmólogos acreditam que preenche o universo, mas que nunca foram observados diretamente.
Buracos brancos
Os astrofísicos há muito que acreditam que os buracos negros não podem ser grandes objetos estáticos que permanecem inalterados ao longo da vida do Universo. Em vez disso, sugerem que os buracos negros evoluem.
Agora, o trabalho dos físico teóricos com a gravitação quântica em loop veio revelar os pormenores desta evolução.
Para começar, os buracos negros evaporam-se gradualmente, emitindo radiação Hawking. Isto faz com que o horizonte do buraco negro diminua, enquanto o volume do seu interior não diminui.
“Isto implica que um buraco negro velho evaporado tem um horizonte pequeno mas um volume interno enorme“, explicam Rovelli e Vidotto num artigo recentemente pré-publicado no arXiv.
Esta contração continua até o buraco atingir o tamanho mais pequeno possível à escala de Planck. Nesta altura, a densidade de energia quântica torna-se suficientemente grande para resistir a uma nova contração. O buraco recupera e sofre uma estranha mudança de personalidade quântica.
“No final da evaporação, um buraco negro sofre uma transição quântica para um buraco branco com um horizonte de tamanho Planckiano e um vasto interior”, dizem os investigadores.
É a isto que os cosmólogos chamam um “remanescente” de um buraco negro e compreender as propriedades destes remanescentes tem sido uma parte importante do seu trabalho.
Os buracos brancos são estudados há já algum tempo. Tal como os buracos negros, são soluções legítimas para as equações de campo de Einstein. “Um espaço-tempo de buraco branco é simplesmente a inversão temporal de um espaço-tempo de buraco negro”, explicam Rovelli e Vidotto.
E, tal como os buracos negros, não se pensava que os buracos brancos desempenhassem um papel importante no Universo. Este ponto de vista tem agora de mudar, dizem Rovelli e Vidotto, tal como aconteceu com os buracos negros, porque os dois estão intrinsecamente ligados.
Um potencial obstáculo foi sempre o facto de as soluções que dão origem aos buracos brancos serem instáveis. Mas Rovelli e Vidotto salientam que qualquer instabilidade deve levar à formação de uma sobreposição de buracos negros e brancos que seja estável.
De qualquer modo, a diferença é em grande parte académica. Para um observador casual, um buraco branco é indistinguível de um buraco negro. Apenas o seu passado e futuro diferem, embora de uma forma inacessível à maioria dos observadores.
“O tempo abranda perto de massas de alta densidade. Um observador que fosse capaz de resistir às forças de maré e que aterre numa distribuição de matéria de Planck encontrar-se-á quase imediatamente num futuro distante, no momento em que o buraco negro termina a sua evaporação.”
Ou seja, “um buraco negro é um atalho para o futuro distante“, dizem os dois investigadores.
Se esta teoria estiver correta, o Universo estará cheio de buracos brancos, ou buracos negros remanescentes, e a sua massa deveria ter um efeito gravitacional sobre toda a matéria visível do Universo — sendo então os seus restos bons candidatos a matéria negra.
“Os restos de buracos negros são um candidato a matéria negra que não requer suposições exóticas de novas forças, partículas ou correções às equações de Einstein, ou física para além do modelo padrão”, dizem Rovelli e Vidotto. “Apenas requer que a relatividade geral e a teoria quântica se mantenham unidas.”
