Os cientistas observaram a radiação Hawking em um buraco negro artificial

Os buracos negros são regiões do espaço onde a gravidade é muito forte - tanto que nada que entre neles pode escapar. As previsões teóricas sugerem que existe um raio ao redor dos buracos negros conhecido como horizonte de eventos. Uma vez que algo passa pelo horizonte de eventos, ele não pode mais escapar do buraco negro, pois a gravidade fica mais forte à medida que se aproxima de seu centro.

O físico teórico Stephen Hawking previu que, embora nada possa escapar deles, os buracos negros emitem espontaneamente uma quantidade limitada de luz, que é conhecida como radiação de Hawking. De acordo com suas previsões, esta radiação é espontânea (ou seja, surge do nada) e estacionária (ou seja, sua intensidade não muda muito com o tempo).

Cientistas do Instituto de Tecnologia de Israel recentemente conduziram pesquisas com o objetivo de testar as previsões teóricas de Hawking. Mais especificamente, eles investigaram se o equivalente à radiação Hawking em um “buraco negro artificial” criado em laboratório é estacionário.

“Se você entrar no horizonte de eventos, não poderá sair de lá, isso vale até mesmo para a luz”, disse Jeff Steinhower, um dos pesquisadores. - A radiação Hawking começa logo abaixo do horizonte de eventos, onde a luz mal consegue escapar. É muito estranho porque não há nada lá; este é um espaço vazio. E, no entanto, essa radiação vem do nada, sai e é direcionada para a Terra. "

O buraco negro artificial criado por Steinhower e seus colegas tinha cerca de 0,1 milímetro de comprimento e consistia em um gás composto de 8.000 átomos de rubídio, que é um número relativamente pequeno de átomos. Cada vez que os pesquisadores tiravam uma foto, o buraco negro desabava. Para observar sua evolução ao longo do tempo, eles tiveram que criar um buraco negro, fotografá-lo e então criar outro. Este processo foi repetido muitas vezes ao longo de vários meses.

A radiação Hawking desse buraco negro análogo é composta de ondas sonoras, não de luz. Os átomos de rubídio se movem mais rápido do que a velocidade do som, portanto as ondas sonoras não podem alcançar o horizonte de eventos e escapar do buraco negro. No entanto, fora do horizonte de eventos, o gás flui lentamente, de modo que as ondas sonoras podem se mover livremente.

“O rubídio flui rapidamente, mais rápido do que a velocidade do som, o que significa que o som não pode ir contra a corrente”, explicou Steinhauer. - Digamos que você está tentando nadar contra a corrente. Se esta corrente estiver fluindo mais rápido do que você pode nadar, então você não pode se mover para frente, você volta, porque o fluxo está se movendo muito rápido e na direção oposta, então você está preso. Isso é o que significa estar preso em um buraco negro e tentar alcançar o horizonte de eventos por dentro. "

De acordo com as previsões de Hawking, a radiação emitida pelos buracos negros é espontânea. Em um de seus estudos anteriores, os cientistas foram capazes de confirmar essa previsão em seu buraco negro artificial. Em seu novo estudo, eles decidiram descobrir se a radiação emitida por seu buraco negro também é estacionária (isto é, se permanece constante ao longo do tempo).

“O buraco negro deve irradiar como um corpo negro, que é essencialmente um objeto quente que emite radiação infravermelha constante (ou seja, radiação de corpo negro),” disse Jeff Steinhower. Hawking sugeriu que os buracos negros são como estrelas comuns, que emitem constantemente um certo tipo de radiação. Isso é o que queríamos confirmar em nossa pesquisa e conseguimos. ”

A radiação Hawking consiste em pares de fótons (isto é, partículas de luz): um sai do buraco negro e o outro cai de volta nele. Em um esforço para identificar a radiação Hawking emitida pelo buraco negro analógico que eles criaram, os cientistas procuraram pares semelhantes de ondas sonoras, uma emergindo do buraco negro e a outra entrando nele. Ao identificar esses pares de ondas sonoras, os pesquisadores tentaram determinar se havia as chamadas correlações entre eles.

“Tivemos que coletar muitos dados para ver essas correlações”, disse Jeff Steinhower. “Então, fizemos 97.000 repetições do experimento; um total de 124 dias de medição contínua. ”

De forma geral, os resultados obtidos parecem confirmar que a radiação emitida pelos buracos negros é estacionária, conforme previsto por Hawking. Embora esses resultados se apliquem principalmente a um buraco negro analógico que foi criado artificialmente, estudos teóricos podem ajudar a confirmar se eles também podem ser aplicados a buracos negros reais.

Nossa pesquisa também levanta questões importantes porque observamos um buraco negro analógico durante toda a vida de, o que significa que também vimos como a radiação Hawking começou ”, disse Jeff Steinhower. Pesquisas futuras podem tentar comparar nossos resultados com as previsões do que acontecerá em um buraco negro real para ver se a radiação Hawking real começa do nada e então se acumula, como observamos.

Em algum ponto durante os experimentos dos pesquisadores, a radiação em torno de sua contraparte do buraco negro tornou-se muito forte quando o buraco negro formou o que é conhecido como horizonte interno. Além do horizonte de eventos, a teoria geral da relatividade de Einstein prevê a existência de um horizonte interno, um raio dentro dos buracos negros que delineia uma região mais próxima de seu centro.

Na região dentro do horizonte interno, a atração gravitacional é muito menor, então os objetos podem se mover livremente e não são mais atraídos para o centro do buraco negro. No entanto, eles ainda não podem deixar o buraco negro porque não podem passar pelo horizonte interno na direção oposta (ou seja, dirigir-se ao horizonte de eventos).

Basicamente, o horizonte de eventos é a esfera externa do buraco negro, e dentro dela há uma pequena esfera chamada horizonte interno ”, disse Jeff Steinhower. - Se você passar pelo horizonte interno, ainda estará em um buraco negro, mas pelo menos não sentirá a estranha física de estar em um buraco negro. Você se encontrará em um ambiente mais “normal”, pois a atração da gravidade será menor, e você não a sentirá mais.

Alguns físicos previram que, quando um buraco negro analógico forma um horizonte interno, a radiação que ele emite se torna mais forte. Curiosamente, foi exatamente isso que aconteceu no buraco negro analógico criado por cientistas. Assim, este estudo pode inspirar outros físicos a estudar a influência da formação de um horizonte interno na intensidade da radiação Hawking.