BURACO BRANCO: HISTÓRIA, TEORIA E COMO SE FORMA - FISICA - 2024

O buraco branco é uma singularidade do espaço-tempo, pertencente às soluções exatas das equações da relatividade geral. Essas singularidades têm o que se denomina horizonte de eventos. Isso significa a presença de uma barreira, que em um buraco branco nada pode penetrar de fora. Teoricamente, um buraco branco é uma singularidade que pertence ao passado.

No momento, ninguém foi capaz de observar nenhum. Mas é possível que devamos nossa existência ao mais especial de todos: o Big Bang de 13,8 bilhões de anos atrás pode ser considerado um evento causado por um buraco branco supermassivo.

Uma grande massa como um planeta pode distorcer o espaço-tempo. Fonte: Mysid

A teoria da relatividade geral considera que o espaço-tempo pode ser deformado pelo efeito da aceleração ou pela presença de objetos massivos. É a mesma teoria que previu a existência de buracos negros, dos quais os buracos brancos seriam a contrapartida. Portanto, a existência destes é considerada igualmente possível.

Agora, para formar a singularidade do espaço-tempo, algum mecanismo físico é necessário. No caso dos buracos negros, sabe-se que a causa é o colapso gravitacional de uma estrela supermassiva.

Mas o mecanismo físico que poderia formar uma singularidade semelhante a um buraco branco ainda não é conhecido. Embora certamente tenham surgido candidatos para explicar sua possível formação, como se verá em breve.

Diferenças entre buracos negros e buracos brancos

Muitos dos buracos negros conhecidos são remanescentes de uma estrela supergigante que sofreu um colapso interno.

Quando isso acontece, as forças gravitacionais aumentam a tal ponto que nada que se aproxime poderá escapar de sua influência, nem mesmo a luz.

É por isso que os buracos negros são capazes de engolir tudo o que cai neles. Ao contrário, nada poderia entrar em um buraco branco, tudo seria rejeitado ou repelido dele.

É a existência de tal objeto possível? Afinal, os buracos negros permaneceram por muito tempo como solução matemática para as equações de campo de Einstein, até serem detectados graças aos efeitos gravitacionais e de radiação que causam em seu entorno, e recentemente fotografados.

Em contraste, os buracos brancos ainda estão escondidos dos cosmologistas, se é que realmente existem.

História de sua descoberta

A teoria da existência de buracos brancos partiu do trabalho de Karl Schwarzschild (1873-1916), físico alemão e o primeiro a encontrar uma solução exata para as equações de campo relativísticas de Albert Einstein.

Para isso, desenvolveu um modelo com simetria esférica cujas soluções apresentam singularidades, que são justamente buracos negros e suas contrapartes brancas.

O trabalho de Schwarzschild não era exatamente popular, talvez tendo sido publicado durante a Primeira Guerra Mundial. Demorou alguns anos para que dois físicos o assumissem de forma independente na década de 1960.

Em 1965, os matemáticos Igor Novikov e Yuval Ne'eman analisaram as soluções de Schwarzschild, mas usando um sistema de coordenadas diferente.

Naquela época, o termo buraco branco ainda não havia sido cunhado. Na verdade, eles eram conhecidos como "núcleos atrasados" e eram considerados instáveis.

Porém, sendo a contrapartida dos buracos negros, os pesquisadores tentaram encontrar um objeto físico cuja natureza fosse compatível com a prevista para os buracos brancos.

Quasares e buracos brancos

Os pesquisadores acreditaram que o encontraram em quasares, os objetos mais brilhantes do Universo. Estes emitem um fluxo intenso de radiação detectável por radiotelescópios, assim como um buraco branco deveria.

No entanto, a energia dos quasares acabou recebendo uma explicação mais viável, relacionada aos buracos negros no centro das galáxias. E assim os buracos brancos eram novamente como entidades matemáticas abstratas.

Portanto, embora sejam conhecidos, os buracos brancos têm recebido muito menos atenção do que os buracos negros. Isso se deve não apenas ao fato de serem considerados instáveis, o que coloca em dúvida sua real existência, mas também porque não há hipóteses razoáveis ​​sobre sua possível origem.

Em contraste, os buracos negros surgem do colapso gravitacional das estrelas, um fenômeno físico que foi bem documentado.

Possível descoberta de um buraco branco

Os pesquisadores estão convencidos de que finalmente detectaram um buraco branco em um fenômeno chamado GRB 060614, que ocorreu em 2006. Esse fenômeno foi proposto como a primeira aparição documentada de um buraco branco.

GRB 060614 foi uma explosão de raios gama detectada pelo Observatório Swift de Neil Gehrels em 14 de junho de 2006, com propriedades peculiares. Ele desafiou um consenso científico anteriormente mantido sobre as origens de explosões de raios gama e buracos negros.

O Big Bang, que alguns acreditam ter sido um buraco branco supermassivo, pode, por sua vez, ter sido o resultado de um buraco negro supermassivo, no coração de uma galáxia desconhecida localizada em nosso universo original.

Uma das dificuldades em observar um buraco branco é que toda a matéria é expelida dele em um único pulso. Portanto, o buraco branco carece da continuidade necessária para ser observado, enquanto os buracos negros têm persistência suficiente para serem vistos.

Teoria

Einstein postula que a massa, o tempo e o comprimento dependem intimamente da velocidade do referencial no qual estão sendo medidos.

Além disso, o tempo é considerado mais uma variável, com a mesma significância que as variáveis ​​espaciais. Assim, o espaço-tempo é referido como uma entidade em que qualquer evento e todos os eventos ocorrem.

A matéria interage com o tecido do espaço-tempo e o modifica. Einstein descreve como isso acontece com um conjunto de 10 equações de tensores, conhecidas como equações de campo.

Alguns conceitos importantes na teoria da relatividade

Os tensores são entidades matemáticas que permitem que a variável temporal seja considerada no mesmo nível que as variáveis ​​espaciais. Os vetores bem conhecidos como força, velocidade e aceleração fazem parte desse conjunto expandido de entidades matemáticas.

O aspecto matemático das equações de Einstein também envolve conceitos como a métrica, que é a distância no espaço e no tempo que separa dois eventos infinitesimalmente próximos.

Dois pontos no espaço-tempo fazem parte de uma curva chamada geodésica. Esses pontos estão unidos a uma distância espaço-temporal. Tal representação do espaço-tempo é observada na figura a seguir:

A forma do cone é determinada pela velocidade da luz c, que é uma constante em todos os referenciais. Todos os eventos devem ocorrer dentro dos cones. Se houver eventos fora deles, não há como saber, porque a informação deve viajar mais rápido que a luz para ser percebida.

As equações de campo de Einstein admitem uma solução com duas singularidades em uma região vazia (ou seja, sem massa). Uma dessas singularidades é um buraco negro e a outra é um buraco branco. Para ambos existe um horizonte de eventos, que é uma fronteira esférica de raio finito que circunda a singularidade.

No caso dos buracos negros, nada, nem mesmo luz, pode sair dessa região. E em buracos brancos, o horizonte de eventos é uma barreira que nada pode penetrar de fora. A solução do buraco negro no vácuo está no cone de luz do futuro, enquanto a solução do buraco branco está na região passada do cone de luz.

As soluções das equações de Einstein que incluem um buraco negro real requerem a presença de matéria e, neste caso, a solução que contém o buraco branco desaparece. Portanto, conclui-se que como solução matemática, na teoria das soluções singulares sem matéria, os buracos brancos existem. Mas este não é o caso quando a matéria está incluída nas equações de Einstein.

Como um buraco branco é formado?

Em 2014, o físico teórico Carlo Rovelli e sua equipe da Universidade de Aix-Marseille, na França, propuseram que os buracos brancos podem surgir da morte de um buraco negro.

Já na década de 1970, o maior especialista em buracos negros, Stephen Hawking, calculou que um buraco negro perde massa através da emissão da radiação Hawking.

Cálculos de Rovelli e sua equipe indicam que essa contração de perda de radiação de um buraco negro poderia, em seu estágio final, produzir um salto que cria um buraco branco.

Mas os cálculos de Rovelli também indicam que, no caso de um buraco negro com massa igual à do Sol, levaria cerca de um quatrilhão de vezes a idade atual do Universo para formar um buraco branco.

Buracos brancos e matéria escura

Um segundo após o Big Bang, as flutuações de densidade em um Universo em rápida expansão foram capazes de produzir buracos negros primordiais (sem a necessidade de colapso estelar).

Esses buracos negros primordiais são muitos, muitos menores do que aqueles de origem estelar e podem evaporar até morrer para dar lugar a um buraco branco em uma época incluída na vida do Universo.

Os buracos brancos microscópicos podem ser muito grandes. Por exemplo, alguém do tamanho de um grão de poeira pode ter uma massa maior do que a lua.

A equipe de Rovelli chega a sugerir que esses buracos brancos microscópicos podem explicar a matéria escura, outro dos mistérios cosmológicos mais importantes.

Os buracos brancos microscópicos não emitem radiação; e, como são menores do que um comprimento de onda, tornam-se invisíveis. Este poderia ser outro motivo que explicaria por que eles ainda não foram detectados.

Referências

1. Battersby, S. 2010. Os buracos negros eternos são o cofre cósmico definitivo. Recuperado de: newscientist.com.
2. Choi, C. 2018. Os buracos brancos podem ser o ingrediente secreto na misteriosa matéria escura. Recuperado de: space.com.
3. Fraser, C. 2015. O que são buracos brancos? Recuperado de: phys.org.
4. Mestres, Karen. 2015. O que é um buraco branco? Recuperado de curious.astro.cornell.edu
5. Wikiwand. Buraco branco. Recuperado de: wikiwand.com