Em 1974, Stephen Hawking fez uma de suas previsões mais famosas: que os buracos negros se destroem evaporando-se completamente.
De acordo com a teoria de Hawking, os buracos negros não são perfeitamente “negros”, mas sim emitem partículas. Essa radiação, acreditava Hawking, poderia eventualmente extrair energia e massa suficientes dos buracos negros para fazê-los desaparecer. A teoria é amplamente aceita como verdadeira, mas já foi quase impossível provar.
Pela primeira vez, no entanto, os físicos mostraram essa indescritível radiação de Hawking – pelo menos em um laboratório. Embora a radiação de Hawking seja fraca demais para ser detectada no espaço por nossos instrumentos atuais, os físicos já viram essa radiação em um buraco negro analógico criado usando ondas sonoras e algumas das mais frias e estranhas matérias do universo.
Pares de partículas
Os buracos negros exercem uma força gravitacional incrivelmente poderosa que até mesmo um fóton, que viaja à velocidade da luz, não poderia 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. (As partículas de antimatéria têm a mesma massa que suas contrapartes, mas carga elétrica oposta).
Normalmente, depois que um par de partículas virtuais aparece, elas imediatamente se aniquilam. 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 dispara para o espaço. A partícula absorvida tem energia negativa, o que reduz a energia e a massa do buraco negro. Engula o suficiente dessas partículas virtuais, e o buraco negro eventualmente evapora. A partícula que escapa é conhecida como radiação de Hawking.
Essa radiação é fraca o suficiente para que seja impossível agora observá-la no espaço, mas os físicos inventaram maneiras muito criativas de medi-la em um laboratório.
Um horizonte de eventos em cascata
O físico Jeff Steinhauer e 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. Em um fluxo desse gás, eles colocaram um penhasco, criando uma “cascata” de gás; quando o gás fluía sobre a cachoeira, transformava energia potencial em energia cinética para fluir mais rápido que a velocidade do som.
Em vez de partículas de matéria e antimatéria, os pesquisadores usaram pares de fônons, ou ondas sonoras quânticas, no fluxo de gás. O fônon no lado lento poderia viajar contra o fluxo do gás, longe da cachoeira, enquanto o fônon no lado rápido não poderia, preso pelo “buraco negro” do gás supersônico.
“É como se você estivesse tentando nadar contra uma corrente que estava indo mais rápido do que você poderia nadar”, disse Steinhauer ao Live Science. “Você se sentiria como se estivesse indo para a frente, mas você estava realmente voltando. E isso é análogo a um fóton em um buraco negro tentando sair do buraco negro, mas sendo puxado pela gravidade da maneira errada.”
Hawking previu que a radiação das partículas emitidas estaria em um espectro contínuo de comprimentos de onda e energias. Ele 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 sônico.
“Esses experimentos são um tour de force”, disse Renaud Parentani, físico teórico do Laboratoire de Physique Théorique da Universidade Paris-Sud, à Live Science. Parentani também estuda buracos negros analógicos, mas de um ângulo teórico; ele não estava envolvido no novo estudo. “É uma experiência muito precisa. Do lado experimental, Jeff [Steinhauer] é realmente, no momento, o especialista líder mundial no uso de átomos frios para sondar a física dos buracos negros.”
Parentani, no entanto, enfatizou que este estudo é “um passo ao longo de um longo processo”. Em particular, este estudo não mostrou os pares de fônons sendo correlacionados no nível quântico, que é outro aspecto importante das previsões de Hawking.
“A história continuará”, disse Parentani. “Não é de todo o fim.”
