Físicos simulam buraco negro com laser e observam fenômeno pela 1ª vez

Físicos observaram, pela primeira vez, um análogo da backreação da radiação Hawking — mecanismo pelo qual um buraco negro perde energia ao emitir radiação

Uma equipe de físicos coordenada por Lorenzo Procopio, da Universidade de Paderborn, na Alemanha, conseguiu observar pela primeira vez um análogo da backreação da radiação Hawking, mecanismo responsável pela perda de energia de um buraco negro durante a emissão dessa radiação.

O trabalho foi publicado na revista Nature e representa um avanço importante em um problema que permanecia sem solução desde que Stephen Hawking apresentou a teoria da radiação Hawking, em 1974.

A radiação Hawking corresponde a uma radiação térmica que, segundo a teoria, surge devido a efeitos quânticos nas proximidades do horizonte de eventos de um buraco negro.

Apesar de essa previsão ser amplamente aceita pela teoria quântica de campos em espaço-tempo curvo, o processo exato pelo qual a energia é transferida do buraco negro para a radiação emitida ainda não havia sido esclarecido.

Observar esse fenômeno diretamente em buracos negros reais continua sendo inviável com a tecnologia atual, pois o sinal esperado é extremamente fraco e pode jamais ser distinguido da radiação de fundo presente em todo o Universo.

Um buraco negro feito de luz

• Para contornar essa limitação, físicos constroem sistemas em laboratório que reproduzem a mesma física subjacente;
  
• O análogo usado neste estudo foi desenvolvido há mais de uma década pelo coautor Ulf Leonhardt, do Instituto Weizmann de Ciências (Israel);
  
• O sistema utiliza pulsos de laser ultrarrápidos percorrendo uma fibra óptica com padrão especial: um pulso altera as propriedades ópticas da fibra o suficiente para criar o análogo de um horizonte de eventos para o segundo pulso;
  
• Experimentos anteriores com essa configuração já haviam recriado a própria radiação Hawking. Desta vez, os pesquisadores buscavam algo mais sutil: a pequena backreação que revela como a energia é transferida do buraco negro análogo para a radiação emitida;
  
• Se a radiação Hawking é o “amigo que rola para frente” ao ser empurrado — para usar a analogia dos patins e da terceira lei de Newton —, a backreação é o recuo de quem empurrou: uma pequena mudança no pulso de laser que gerou a radiação análoga.

Processo direto, não uma cascata
Os cientistas conseguiram detectar esse sinal e, junto com ele, encontraram um resultado inesperado. Até então, a interpretação predominante era de que a radiação Hawking observada em análogos de buracos negros surgia por meio de uma sequência complexa de interações ópticas. No entanto, os novos experimentos indicam que esse fenômeno ocorre por um único processo direto.

“Nosso experimento e a teoria subjacente mostram que a radiação Hawking é o resultado de um processo direto, se a interação entre a radiação e o equivalente do campo gravitacional é biquadrática”, escrevem os pesquisadores no artigo.

Os autores também afirmam que buracos negros astrofísicos podem emitir radiação por um mecanismo tão simples e direto quanto o observado em laboratório. Segundo eles, a backreação decorrente desse processo poderia descrever, em nível microscópico, como acontece a evaporação dos buracos negros.

Procopio destaca que o estudo “simplifica a compreensão teórica e abre novas formas de calcular efeitos em tais sistemas”, além de poder “lançar luz sobre como a radiação Hawking surge no contexto da gravidade”.

Os pesquisadores também ressaltam que os resultados podem oferecer novas contribuições para o chamado paradoxo da informação, questão que o próprio Hawking investigou até seu último trabalho científico, publicado em 2018.

Mesmo assim, observar esse mesmo processo em um buraco negro real continua sendo algo considerado inviável no futuro próximo. Caso o mecanismo identificado também seja encontrado em outros análogos de buracos negros, isso reforçaria a hipótese de que o experimento revelou uma característica fundamental da própria radiação Hawking. Até o momento, porém, essa confirmação ainda não foi obtida.

Fonte: Olhar Digital