Astronomia

Um buraco negro feito de uma estrela de antimatéria é o mesmo que um buraco negro comum?

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Um buraco negro de uma estrela feita de antimatéria seria o mesmo que um buraco negro feito de matéria comum?


Para dar uma resposta formal a essa pergunta, um buraco negro feito de antimatéria seria indistinguível de um buraco negro de matéria. Os buracos negros são objetos duvidosos, mas parece provável que não faça sentido falar de um "buraco negro de antimatéria", pois uma vez que a matéria vai para o buraco negro, seja ela matéria ou antimatéria, ela deixa de ter propriedades que defina-o como matéria ou antimatéria. O Teorema Sem Cabelo para buracos negros afirma que, entre algumas outras propriedades, um buraco negro é definido apenas por sua massa e carga líquida. O estado da matéria das partículas individuais que caíram no buraco negro não desempenha nenhum papel nessa descrição.

Na verdade, há um debate vigoroso sobre se a "informação" é conservada ou não para os buracos negros. Por exemplo, se uma partícula de antimatéria caísse em um buraco negro, você poderia, posteriormente, retirar uma partícula com as mesmas propriedades ou obteria algo com propriedades completamente novas ao acaso, não ligadas à matéria original. Isso, em parte, joga em sua pergunta porque indica que ainda há muita incerteza em relação à perda de informação (incluindo se a partícula é antimatéria ou matéria) quando as partículas caem em um buraco negro e se não alimentando a antimatéria um buraco negro na verdade o torna um buraco negro de anti-matéria ou simplesmente um buraco negro.


Uma mensagem de Stephen Hawking está a caminho de um buraco negro

O físico Stephen Hawking pode nunca ter sido capaz de encontrar o assunto de sua vida e trabalho # 8217s, um buraco negro, mas em algum momento no futuro distante, suas palavras irão: A BBC relata que depois que suas cinzas foram enterradas na Abadia de Westminster na sexta-feira, uma mensagem de o cosmologista e comunicador científico foi transmitido para 1A 0620-00, o buraco negro mais próximo.

A mensagem de Hawking é acompanhada por uma peça musical escrita pelo compositor grego Vangelis, mais conhecido pela trilha sonora do filme ganhadora do Oscar Carruagens de fogo e foi transmitido por uma antena parabólica da Agência Espacial Europeia em Cebreros, Espanha. A CNN relata que a peça tem cerca de seis minutos e meio de duração, com a narração de Hawking & # 8217s no meio. Viajando na velocidade da luz, levará 3.500 anos para que a mensagem chegue ao buraco negro, que faz parte de um sistema binário com uma estrela anã laranja comum.

& # 8220Este é um gesto bonito e simbólico que cria uma ligação entre a presença de nosso pai & # 8217 neste planeta, seu desejo de ir para o espaço e suas explorações do universo em sua mente ", diz Lucy, filha de Hawking & # 8217s, em um comunicado, relata a AFP. & # 8220 É uma mensagem de paz e esperança, sobre a unidade e a necessidade de vivermos juntos em harmonia neste planeta. & # 8221

Hawking, que morreu em março aos 76 anos, sofria de esclerose lateral amiotrófica (também conhecida como ELA ou doença de Lou Gehrig), que o privou da capacidade de andar e falar. Embora não devesse viver além dos vinte anos, ele passou os próximos 50 anos estudando o mistério dos buracos negros e comunicando ao público as ideias que surgiram na física e na astronomia em seus livros mais vendidos Uma breve História do Tempo, O Grande Design, Nos ombros de gigantes, e outros.

Embora ter sua voz transmitida ao cosmos seja uma grande honra, Stephen Castle em O jornal New York Times relata que ser enterrado na Abadia de Westminster é a maior honra terrestre que existe. Cerca de 3.300 cidadãos britânicos extraordinários estão enterrados ou comemorados na abadia, incluindo 17 monarcas, escritores como Chaucer, Shakespeare e Dickens, e Sir Isaac Newton e Charles Darwin, entre os quais Hawking agora repousa.

A CNN relata que além de amigos e colegas que compareceram ao culto na Abadia, foi realizado um sorteio de 1.000 bilhetes públicos, que 25.000 pessoas de 100 países se inscreveram. Discursos e leituras de homenagem foram feitos pelo ganhador do prêmio Nobel Kip Thorne, o defensor da deficiência paralisada Tom Nabarro, o astronauta britânico Tim Peake, o ator Benedict Cumberbatch, que interpretou Hawking no filme da BBC Hawking, Astrônomo Royal Martin Rees e Lucy Hawking. Três jovens que, como Hawking, usam um sintetizador de voz para falar, também foram convidados para a cerimônia.

Embora Hawking não fosse fã de religião, isso não impediu que suas cinzas fossem enterradas na igreja, uma decisão tomada exclusivamente por John R. Hall, decano de Westminster, relata Castle. & # 8220Se ele era realmente ateu, se era realmente agnóstico, qual era sua posição, não é, a meu ver, totalmente claro & # 8221 disse o Dr. Hall. & # 8220Minha posição é simplesmente esta: quer uma pessoa acredite em Deus ou não, se alguém está alcançando coisas extraordinárias, então acredito que Deus está nesse processo. & # 8221

Hawking também pode ter sentimentos confusos sobre enviar uma mensagem ao espaço para que todos os alienígenas na galáxia ouçam. Embora apoiasse fortemente os esforços para buscar sinais de vida inteligente no cosmos, como a iniciativa Breakthrough Listen, ele também alertou que liderar outras civilizações em nossa direção pode ser uma má notícia. & # 8220Uma civilização lendo uma de nossas mensagens poderia estar bilhões de anos à nossa frente, & # 8221 ele disse em 2015. & # 8220Se for assim, eles serão muito mais poderosos e podem não nos ver como mais valiosos do que vemos bactérias. & # 8221

Esperançosamente, a música de Vangelis e # 8217 irá acalmar quaisquer alienígenas que ouvirem a mensagem de Hawking antes de decidirem destruir nosso planeta pela mineração de cristais de dilítio.

Sobre Jason Daley

Jason Daley é um escritor de Madison, Wisconsin, especializado em história natural, ciência, viagens e meio ambiente. Seu trabalho apareceu em Descobrir, Ciência popular, Fora, Jornal Masculinoe outras revistas.


Um buraco negro feito de uma estrela de antimatéria é o mesmo que um buraco negro comum? - Astronomia

Se um buraco negro que se originou de uma estrela massiva feita de antimatéria colidisse com outro buraco negro que se originou de uma estrela feita de matéria "comum", o que aconteceria? O buraco negro feito a partir da estrela de anti-matéria reteria propriedades "anti" de tal forma que os dois buracos negros se aniquilariam em um brilhante flash de energia ou a fusão seria a mesma de qualquer outra fusão de buraco negro, independente do tipo da matéria de onde veio o buraco negro?

Primeiro, uma colisão matéria-antimatéria é 100% eficiente. Então, mesmo se você tivesse uma colisão na escala de uma estrela de matéria de 10 milhões de massa solar combinando com uma estrela de antimatéria de massa solar de 10 milhões, toda essa massa se converteria em energia. Por exemplo, a energia desse tipo de colisão iria para os raios gama de energia muito alta.

Agora, o problema em estender esse conhecimento ao caso dos dois buracos negros que você propôs tem a ver com a teoria "sem cabelo" de John Wheeler. Quando um buraco negro é formado, uma vez que nenhuma informação pode sair do buraco negro devido à sua intensa gravidade, não há como sabermos que processo ou tipo de estrela exato criou o buraco negro. Só podemos medir a massa, a carga elétrica e o momento angular de um buraco negro. Os buracos negros terão a mesma aparência para nós, sejam eles criados por uma estrela fortemente magnetizada, uma estrela 'acidentada' ou mesmo uma estrela quadrada. Como disse John Wheeler: "Um buraco negro não tem cabelo". Portanto, não podemos realmente falar sobre um buraco negro criado por uma estrela de matéria versus um buraco negro criado por uma estrela de antimatéria, muito menos o que aconteceria se eles colidissem.

Para saber mais sobre os buracos negros, eu recomendaria 'Black Holes and Time Warps: Einstein's Outrageous Legacy' de Kip Thorne. O livro não é muito difícil, mas não muito fácil, e tem ilustrações muito úteis.

Esta página foi atualizada pela última vez em 27 de junho de 2015.

Sobre o autor

Sabrina Stierwalt

Sabrina era uma estudante de pós-graduação na Cornell até 2009, quando se mudou para Los Angeles para se tornar uma pesquisadora na Caltech. Ela agora estuda fusões de galáxias na University of Virginia e no National Radio Astronomy Observatory em Charlottesville. Você também pode encontrá-la respondendo a perguntas de ciências em seu podcast semanal como Everyday Einstein.


Acompanhamento nº 1: Constituintes de buracos negros

Provavelmente não, embora em princípio pudesse haver buracos negros feitos de antimatéria. A teoria atual é que elas começaram como estrelas monstruosamente grandes feitas de matéria comum, centenas ou milhares de vezes mais pesadas que o nosso Sol, que simplesmente desabaram por seu próprio peso em um buraco negro. Embora existam alguns antiprótons nos raios cósmicos, algumas partes em 10.000, a abundância é consistente com a produção p p-bar a partir de interações de raios cósmicos de alta energia. Não há muita antimatéria por aí, muito menos o suficiente para formar uma estrela ou um buraco negro.


Buracos de minhoca

Como os buracos negros, os buracos de minhoca surgem como soluções válidas para as equações da Teoria Geral da Relatividade de Albert Einstein e, como os buracos negros, a frase foi cunhada (em 1957) pelo físico americano John Wheeler. Também como os buracos negros, eles nunca foram observados diretamente, mas surgem tão prontamente na teoria que alguns físicos são encorajados a pensar que equivalentes reais podem eventualmente ser encontrados ou fabricados.

Em 1916, o físico austríaco Ludwig Flamm, ao examinar a solução de Karl Schwarzschild para as equações de campo de Einstein, que descreve uma forma particular de buraco negro conhecido como buraco negro de Schwarzschild, notou que outra solução também era possível, que descreveu um fenômeno que veio depois a ser conhecido como um “buraco branco”. Um buraco branco é a reversão teórica do tempo de um buraco negro e, enquanto um buraco negro atua como um vácuo, atraindo qualquer matéria que cruze o horizonte de eventos, um buraco branco atua como uma fonte que ejeta matéria de seu horizonte de eventos. Alguns até especularam que existe um buraco branco no "outro lado" de todos os buracos negros, onde toda a matéria que o buraco negro suga é explodida em algum universo alternativo, e mesmo que o que pensamos como o Big Bang pode na verdade, foram o resultado de tal fenômeno.

Flamm também notou que as duas soluções, descrevendo duas regiões diferentes do espaço-tempo, poderiam ser matematicamente conectadas por uma espécie de conduíte espaço-tempo, e que, pelo menos em teoria, a "entrada" do buraco negro e a "saída" do buraco branco poderiam esteja em partes totalmente diferentes do mesmo universo ou mesmo em universos diferentes! O próprio Einstein explorou mais essas ideias em 1935, junto com Nathan Rosen, e os dois alcançaram uma solução conhecida como ponte Einstein-Rosen (também conhecida como buraco de minhoca Lorentziano ou buraco de minhoca Schwarzschild).


(Clique para uma versão maior)
Um buraco de minhoca é um "atalho" teórico entre regiões distantes do espaço-tempo
(Fonte: Wikipedia: http://commons.wikimedia.org/
wiki / Arquivo: Worm3.jpg)

Para visualizar melhor um buraco de minhoca, considere a analogia de um pedaço de papel com duas marcas de lápis desenhadas nele (para representar dois pontos no espaço-tempo), a linha entre eles mostrando a distância de um ponto a outro no espaço-tempo normal . Se o papel agora está dobrado e dobrado quase duas vezes (o equivalente a drasticamente deformar o espaço-tempo), enfiar o lápis no papel fornece uma maneira muito mais curta de ligar os dois pontos, um atalho através do espaço-tempo muito parecido com um buraco de minhoca.

Alguns teóricos são encorajados a pensar que contrapartes reais podem eventualmente ser encontradas ou fabricadas e, talvez, usadas como um túnel ou atalho para viagens espaciais de alta velocidade entre pontos distantes ou mesmo para viagens no tempo (com todos os paradoxos potenciais que podem acarretar ) No entanto, uma propriedade geralmente aceita dos buracos de minhoca é que eles são inerentemente altamente instáveis ​​e provavelmente entrariam em colapso em um tempo muito menor do que levaria para chegar ao outro lado. De qualquer forma, prevê-se que eles entrariam em colapso instantaneamente se até mesmo a menor quantidade de matéria (mesmo um único fóton) tentasse passar por eles.

Embora algumas maneiras teóricas possíveis em torno deste problema tenham sido sugeridas (por exemplo, usando "cordas cósmicas" ou "matéria negativa" ou alguma outra matéria exótica com "energia negativa") para evitar que o buraco de minhoca se feche, a ideia permanece em grande parte no reino da ficção científica por enquanto. No entanto, ainda não foi provado matematicamente, sem qualquer dúvida, que algum tipo de matéria exótica com densidade de energia negativa é um requisito absoluto para buracos de minhoca, nem foi estabelecido que tal matéria exótica não pode existir, então a possibilidade de uma aplicação prática de a teoria ainda permanece.

Como os buracos de minhoca são um canal através do espaço-tempo quadridimensional, e não apenas através do espaço, Stephen Hawking e outros também postularam que os buracos de minhoca podem teoricamente ser utilizados para viagens através do tempo e também do espaço, embora se acredite amplamente que o tempo viajar ao passado nunca será possível devido ao potencial para paradoxos e ciclos de feedback autodestrutivos.


Um céu cheio de pedras

Então, enquanto lia no twitter outro dia, notei algumas pessoas postando que se você pegasse a massa de um buraco negro e a espalhasse por todo o seu volume, você descobriria que a densidade desse buraco negro espalhado teria a mesma densidade de água. Isso mexeu com meus sentidos de astrônomo imediatamente. Um buraco negro de 1 massa solar (ou seja, um buraco negro com a mesma massa do nosso Sol) tem um raio clássico não rotativo de cerca de 3 quilômetros. Uma bola de água de 3 km não vai colapsar espontaneamente em um buraco negro, como fica evidente pelo fato de que nossos oceanos e a lua Europa de Júpiter e # 8217 não são buracos negros agora. Embora essa afirmação estivesse errada, me fez pensar & # 8211 & # 8220Pode um buraco negro ser grande o suficiente para ser verdade? & # 8221

Em um sentido clássico, este problema não é muito difícil de resolver, eu só preciso descobrir como o volume de um buraco negro é dimensionado com sua massa e descobrir onde isso dá uma densidade bruta de cerca de 1000 kg / m 3, a densidade de água (1 g / cm 3 para aqueles que usam unidades cgs!).

Para facilitar as coisas para mim, estou pegando um clássico buraco negro não giratório e assumindo que o raio em questão é o Horizonte de Eventos, onde a velocidade de escape local é igual à velocidade da luz. Pegue a equação da velocidade de escape ve:

Agora, este é um raio bem pequeno para a maioria das massas - como deveria ser, já que não vemos coisas comuns colapsando em buracos negros ao nosso redor! Um buraco negro com a massa do Sol termina com um raio de cerca de 3 km. Um buraco negro com a massa terrestre teria aproximadamente o tamanho de um único dado de jogo, e um Buraco Negro com a massa humana seria muito menor do que um próton!

Agora posso usar essa equação para encontrar o raio de um buraco negro de uma determinada massa. Para encontrar a densidade bruta rho eu preciso dividir a massa M pelo volume de uma esfera de raio rs.


O telescópio ESO vê as estrelas dançarem ao redor de um buraco negro supermassivo, prova que Einstein estava certo

As observações feitas com o Very Large Telescope (VLT) do ESO revelaram pela primeira vez que uma estrela orbitando o buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea se move exatamente como previsto pela teoria geral da relatividade de Einstein. Sua órbita tem o formato de uma roseta e não de uma elipse, conforme previsto pela teoria da gravidade de Newton. Este resultado tão procurado foi possível graças a medições cada vez mais precisas ao longo de quase 30 anos, que permitiram aos cientistas desvendar os mistérios do gigante que espreita no coração da nossa galáxia.

"A Relatividade Geral de Einstein prevê que as órbitas limitadas de um objeto em torno de outro não são fechadas, como na Gravidade Newtoniana, mas precessão para a frente no plano de movimento. Este famoso efeito - visto pela primeira vez na órbita do planeta Mercúrio ao redor do Sol - foi a primeira evidência a favor da Relatividade Geral. Cem anos depois, detectamos agora o mesmo efeito no movimento de uma estrela orbitando a fonte de rádio compacta Sagittarius A * no centro da Via Láctea. Este avanço observacional reforça a evidência de que Sagitário A * deve ser um buraco negro supermassivo de 4 milhões de vezes a massa do Sol ", diz Reinhard Genzel, Diretor do Instituto Max Planck de Física Extraterrestre (MPE) em Garching, Alemanha e arquiteto do programa que levou a esse resultado.

Localizado a 26.000 anos-luz do Sol, Sagitário A * e o denso aglomerado de estrelas ao seu redor fornecem um laboratório único para testar a física em um regime de gravidade extremo e inexplorado. Uma dessas estrelas, S2, varre em direção ao buraco negro supermassivo a uma distância mais próxima de menos de 20 bilhões de quilômetros (cento e vinte vezes a distância entre o Sol e a Terra), tornando-se uma das estrelas mais próximas já encontradas em órbita ao redor o gigante enorme. Em sua abordagem mais próxima do buraco negro, o S2 está voando pelo espaço a quase 3% da velocidade da luz, completando uma órbita a cada 16 anos. "Depois de seguir a estrela em sua órbita por mais de duas décadas e meia, nossas medições requintadas detectam de forma robusta a precessão Schwarzschild de S2 em seu caminho em torno de Sagitário A *", disse Stefan Gillessen do MPE, que liderou a análise das medições publicadas hoje em o jornal Astronomia e astrofísica.

A maioria das estrelas e planetas têm uma órbita não circular e, portanto, aproximam-se e afastam-se do objeto em torno do qual estão girando. A órbita de S2 passa por precessão, o que significa que a localização de seu ponto mais próximo ao buraco negro supermassivo muda a cada volta, de modo que a próxima órbita é girada em relação à anterior, criando uma forma de roseta. A Relatividade Geral fornece uma previsão precisa de quanto sua órbita muda e as medições mais recentes desta pesquisa correspondem exatamente à teoria. Esse efeito, conhecido como precessão de Schwarzschild, nunca havia sido medido antes para uma estrela ao redor de um buraco negro supermassivo.

O estudo com o VLT do ESO também ajuda os cientistas a aprender mais sobre a vizinhança do buraco negro supermassivo no centro de nossa galáxia. "Como as medições S2 seguem tão bem a Relatividade Geral, podemos definir limites rigorosos sobre a quantidade de material invisível, como matéria escura distribuída ou possíveis buracos negros menores, está presente em torno de Sagitário A *. Isso é de grande interesse para compreender a formação e evolução de buracos negros supermassivos ", dizem Guy Perrin e Karine Perraut, os cientistas franceses do projeto.

Este resultado é o culminar de 27 anos de observações da estrela S2 utilizando, na maior parte deste tempo, uma frota de instrumentos do VLT do ESO, localizado no Deserto do Atacama, no Chile. O número de pontos de dados marcando a posição e velocidade da estrela atesta a eficácia e precisão da nova pesquisa: a equipe fez mais de 330 medições no total, usando os instrumentos GRAVITY, SINFONI e NACO. Como S2 leva anos para orbitar o buraco negro supermassivo, foi crucial seguir a estrela por quase três décadas, para desvendar os meandros de seu movimento orbital.

A pesquisa foi conduzida por uma equipe internacional liderada por Frank Eisenhauer do MPE com colaboradores da França, Portugal, Alemanha e ESO. A equipe compõe a colaboração GRAVITY, em homenagem ao instrumento que desenvolveram para o interferômetro VLT, que combina a luz de todos os quatro telescópios VLT de 8 metros em um super telescópio (com resolução equivalente à de um telescópio de 130 metros de diâmetro ) A [mesma equipe relatou em 2018] - outro efeito previsto pela Relatividade Geral: eles viram a luz recebida de S2 sendo esticada para comprimentos de onda mais longos quando a estrela passou perto de Sagitário A *. "Nosso resultado anterior mostrou que a luz emitida pela estrela experimenta a Relatividade Geral. Agora mostramos que a própria estrela sente os efeitos da Relatividade Geral", diz Paulo Garcia, pesquisador do Centro de Astrofísica e Gravitação de Portugal e um dos cientistas líderes do projeto GRAVITY.

Com o próximo Extremely Large Telescope do ESO, a equipe acredita que seria capaz de ver estrelas muito mais fracas orbitando ainda mais perto do buraco negro supermassivo. "Se tivermos sorte, poderemos capturar estrelas perto o suficiente para que sintam a rotação, o giro do buraco negro", disse Andreas Eckart, da Universidade de Colônia, outro dos principais cientistas do projeto. Isso significaria que os astrônomos seriam capazes de medir as duas quantidades, spin e massa, que caracterizam Sagitário A * e definir o espaço e o tempo ao seu redor. "Isso seria novamente um nível completamente diferente de teste da relatividade", diz Eckart.


Buracos negros, corpos invisíveis de intensa gravidade

Dentro de uma estrela, há uma batalha constante entre a pressão da gravidade para dentro e a pressão do calor para fora. Se você jogasse uma lata de refrigerante fechada no fogo, a bebida se expandiria com o calor e explodiria. Este é o mesmo princípio em funcionamento quando uma estrela está queimando seu calor e gerando grande pressão externa, mas essa explosão constante é acompanhada pela gravidade que é igualmente forte, portanto, uma estrela mantém sua forma e tamanho.

Quando uma estrela se aproxima do fim de sua vida, ela esfria lentamente e a pressão externa fica cada vez mais fraca conforme a temperatura da estrela cai. Quando a pressão externa do calor está quase acabando, a pressão interna da gravidade ainda permanece e é determinada pelo tamanho da estrela. É teorizado que quando uma estrela com aproximadamente dez vezes o tamanho do nosso Sol se aproxima do fim de sua vida, ela encolhe à medida que sua própria gravidade a puxa lentamente, mas à medida que se torna mais e mais densa, a gravidade se torna mais forte.

A gravidade torna-se tão intensa que nem mesmo a luz pode escapar dela. Se você já viu a água girando em um ralo, então tem uma boa ideia do que acontece quando um buraco negro puxa as coisas. Conforme a matéria e a luz se aproximam de um buraco negro, elas são lentamente atraídas. direto para a anomalia espacial, então eles são levados para uma órbita violenta e instável ao redor do buraco negro até que finalmente a órbita se desfaça e seja sugada pela imensa gravidade.

O tamanho do buraco negro é determinado pela massa da estrela colapsada. O raio crítico de um buraco negro sem rotação é chamado de raio de Schwarzschild, em homenagem ao astrônomo alemão Karl Schwarzschild (1873-1916) que investigou o problema em 1916 com base na teoria da relatividade geral de Einstein. De acordo com a relatividade geral, a gravitação de um buraco negro curva o espaço e o tempo a tal ponto que eles são divididos em um corpo adimensional de densidade infinita.

O limite em torno da estrela colapsada com este raio é conhecido como 'horizonte de eventos'. Qualquer coisa, seja luz ou matéria passando dessa fronteira, estará para sempre perdida dentro do buraco negro, sem chance de fuga. O que acontece além do horizonte de eventos ninguém pode dizer, porque todas as leis da física quebram e não se aplicam mais. Existem muitas teorias, mas poucas provas para apoiá-las.

Buracos negros não podem ser vistos, pois não emitem radiação eletromagnética * . Mas eles podem ser detectados por causa de seus efeitos nas estrelas circundantes.

Em um sistema estelar binário, Cygnus X-1, (onde o primário é uma estrela normal de aproximadamente 30 massas solares) devido a mudanças Doppler do sistema, acredita-se que haja um companheiro de aproximadamente 10 a 15 massas solares orbitando o primário . Existem emissões de raios-X do sistema geralmente associadas a um 'disco de acreção' (um disco quente e denso de gás da estrela primária em espiral para dentro do objeto compacto orbitando o primário). Há evidências de que os raios X estão sendo emitidos pelo companheiro em órbita. Devido à massa do objeto companheiro, acredita-se que seja um buraco negro.

As evidências de buracos negros estão se acumulando, e agora acredita-se que a maioria das galáxias de tamanho grande o suficiente e possivelmente a nossa própria têm um buraco negro no centro.

* Sabe-se agora que os buracos negros emitem o que é chamado de radiação Hawking por meio de um processo complexo. Pares de partículas virtuais são constantemente criados perto do horizonte do buraco negro, pois estão em toda parte. Normalmente, eles são criados como um par partícula-antipartícula e se aniquilam rapidamente. Mas perto do horizonte de um buraco negro, é possível que um caia antes que a aniquilação aconteça, caso em que o outro escapa como radiação Hawking.


Cientistas descobrem que a "colisão mais intensa do buraco negro" pode ser uma fusão de estrelas do bóson (astronomia)

Uma equipa internacional de cientistas liderada pelo Instituto Galego de Física de Altas Energias e pela Universidade de Aveiro, incluindo um licenciado do Departamento de Física da Universidade Chinesa de Hong Kong (CUHK), propôs a colisão de dois objectos compactos exóticos conhecidos por estrelas do bóson como uma explicação alternativa para a origem do sinal da onda gravitacional GW190521. As estrelas hipotéticas estão entre os objetos compactos exóticos mais simples propostos e constituem candidatas bem fundamentadas à matéria escura. Dentro dessa interpretação, a equipe consegue estimar a massa de uma nova partícula constituinte dessas estrelas, um bóson ultraleve com massa bilhões de vezes menor que a do elétron. Sua análise foi publicada na revista Cartas de revisão física em 24 de fevereiro de 2021.

A equipe é co-liderada por Dr. Juan Calderón Bustillo, ex-professor do Departamento de Física da CUHK e agora “La Caixa Junior Leader - Marie Curie Fellow”, do Instituto Galego de Física de Altas Energias, e Dr. Nicolás Sanchis-Gual, investigadora pós-doutorada na Universidade de Aveiro e no Instituto Superior Técnico (Universidade de Lisboa). Outros colaboradores vieram da Universidade de Valência, da Universidade de Aveiro e da Universidade Monash. Samson Hin Wai Leong, um estudante de graduação do segundo ano da CUHK, também participou.

As ondas gravitacionais são ondulações na estrutura do espaço-tempo que viajam à velocidade da luz. Previstos na Teoria Geral da Relatividade de Einstein, eles se originam nos eventos mais violentos do Universo, levando informações sobre suas fontes. Desde 2015, os detectores avançados do Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) e de Virgo têm observado cerca de 50 sinais de ondas gravitacionais originados da coalescência e fusão de duas das entidades mais misteriosas do Universo - buracos negros e estrelas de nêutrons.

Em setembro de 2020, LVC, o órgão conjunto da Colaboração Científica LIGO e da Colaboração Virgo, anunciou a detecção do sinal de onda gravitacional GW190521. De acordo com a análise LVC, em que o grupo CUHK liderado por Professor Tjonnie Li, Professor Associado do Departamento de Física da CUHK estava profundamente envolvido, o sinal era consistente com a colisão de dois buracos negros de 85 e 66 vezes a massa do Sol, que produziu um buraco negro final de 142 massas solares. Este último foi o primeiro membro já encontrado de uma nova família de buracos negros - buracos negros de massa intermediária. De acordo com Professor Tjonnie Li, essa descoberta foi de suma importância porque esses buracos negros há muito tempo são considerados o elo perdido entre os buracos negros de massa estelar que se formam a partir do colapso das estrelas e os buracos negros supermassivos que se escondem no centro de quase todas as galáxias.

Apesar de sua importância, a observação de GW190521 representa um enorme desafio para o entendimento atual da evolução estelar, porque um dos buracos negros fundidos tem um tamanho “proibido”. A explicação alternativa proposta pela equipe traz um novo direcionamento para o estudo. Dr. Nicolás Sanchis-Gual explicou, "Estrelas do bóson são objetos quase tão compactos quanto buracos negros, mas, ao contrário deles, eles não têm uma superfície 'sem retorno' ou horizonte de eventos Quando eles colidem, eles formam uma estrela bóson que pode se tornar instável, eventualmente colapsando em um buraco negro, e produzindo um sinal consistente com o que LVC observou no ano passado. Ao contrário das estrelas regulares, que são feitas do que comumente conhecemos como matéria, as estrelas bóson são feitas de bósons ultraleves. Esses bósons são um dos candidatos mais atraentes para constituir matéria escura, formando cerca de 27% do Universo. ”

A equipe comparou o sinal GW190521 com simulações de computador de fusões de estrelas bóson e descobriu que isso na verdade explica os dados um pouco melhor do que a análise conduzida por LVC. O resultado implica que a fonte teria propriedades diferentes das declaradas anteriormente. Dr. Juan Calderón Bustillo disse: “Em primeiro lugar, não estaríamos mais falando sobre a colisão de buracos negros, o que elimina a questão de lidar com um buraco negro proibido. Em segundo lugar, como as fusões de estrelas bóson são muito mais fracas, inferimos uma distância muito mais próxima do que a estimada por LVC. Isso leva a uma massa muito maior para o buraco negro final, de cerca de 250 massas solares, então o fato de termos testemunhado a formação de um buraco negro de massa intermediária permanece verdadeiro. ”

Professor Toni Font, da Universidade de Valência e um dos co-autores, explicou que, embora a análise tenda a favorecer "por design" a hipótese dos buracos negros de fusão, uma fusão de estrela bóson é na verdade ligeiramente preferida pelos dados, embora em uma forma conclusiva. Apesar da estrutura computacional das atuais simulações de estrelas bóson ser ainda bastante limitada e sujeita a grandes melhorias, a equipe irá desenvolver um modelo mais evoluído e estudar observações de ondas gravitacionais semelhantes sob a suposição de fusão de estrelas bóson.

De acordo com outro co-autor, Professor carlos herdeiro da Universidade de Aveiro, a descoberta envolve não só a primeira observação de estrelas bóson, mas também de seu bloco de construção, uma nova partícula conhecida como bóson ultraleve. Esses bósons ultraleves foram propostos como constituintes do que conhecemos como matéria escura. Além disso, a equipe pode realmente medir a massa dessa suposta nova partícula de matéria escura e um valor zero é descartado com alta confiança. Se for confirmado pela análise subsequente de GW190521 e outras observações de ondas gravitacionais, o resultado forneceria a primeira evidência observacional para um candidato de matéria escura há muito procurado.

Samson Hin Wai Leong, um aluno que ingressou no programa de estágio de pesquisa de graduação de verão da CUHK acrescentou: “Trabalhei com o professor Calderón Bustillo no design do software deste projeto, que acelerou com sucesso os cálculos do estudo e, eventualmente, pudemos lançar nosso resultados imediatamente após a publicação de suas análises pelo LVC. É emocionante trabalhar na fronteira da física com a equipe multicultural e pensar em buscar uma origem ‘mais escura’ das ondulações no espaço-tempo, ao mesmo tempo que prova a existência de uma partícula de matéria escura. ”

Imagem em destaque: Representação artística da colisão de duas estrelas bóson, juntamente com as ondas gravitacionais emitidas. Crédito da foto: Nicolás Sanchis-Gual e Rocío García-Souto