Esta “estrela” da teoria das cordas se parece e age exatamente como um buraco negro: WebCuriosos

Previstos há mais de um século como monstruosas concentrações de massa que torturam o tecido do Universo transformando-o em armadilhas de luz e informação, os buracos negros são agora estabelecidos como objectos de facto.

Mas será que cada distorção da luz que encontramos agora é uma concentração certificada de densidade infinita, ou deveríamos deixar espaço para a possibilidade de que outras espécies exóticas de estranheza cósmica também possam parecer estranhamente com um buraco no espaço?

Usando modelos matemáticos preservados para a teoria das cordas, um trio de físicos da Universidade Johns Hopkins, nos EUA, descobriu que alguns objetos que parecem buracos negros de longe podem ser algo totalmente diferente de perto: um novo tipo de estrela exótica hipotética chamada sóliton topológico.

Dado que a teoria das cordas é uma hipótese que implora por um meio de ser testada, estes objetos estranhos existem apenas no papel, flutuando no reino da matemática pura. Pelo menos, até onde sabemos. Mas mesmo como uma construção teórica, poderão um dia ajudar-nos a distinguir os verdadeiros buracos negros dos impostores.

“Como você saberia quando não há um buraco negro? Não temos uma boa maneira de testar isso”, diz o físico Ibrahima Bah. “Estudar objetos hipotéticos como sólitons topológicos nos ajudará a descobrir isso.”

Os buracos negros são indiscutivelmente os objetos conhecidos mais misteriosos do Universo. Caramba, nem tínhamos confirmação concreta de sua existência até a primeira detecção de ondas gravitacionais em 2015, há menos de 10 anos. Isto porque os buracos negros são tão densos que a sua gravidade distorce o espaço-tempo à sua volta a tal ponto que, dentro de uma certa distância conhecida como horizonte de eventos, nada no Universo é rápido o suficiente para atingir a velocidade de escape. Nem mesmo luz no vácuo.

Isto significa que os buracos negros não emitem nenhuma luz que possamos detectar atualmente, tornando-os invisíveis; e, como a luz é a principal ferramenta do nosso kit para a compreensão do Universo, só podemos realmente aprender sobre eles estudando o espaço ao seu redor.

O próprio buraco negro é matematicamente descrito como um ponto unidimensional de densidade infinita – algo que por si só não equivale a nada significativo na física.

Mas também podemos imaginar outras manifestações bizarras da física comportando-se de maneira semelhante. Um exemplo são as estrelas bósons, objetos hipotéticos que são transparentes e, portanto, invisíveis, assim como os buracos negros.

Agora, o pequeno grupo liderado pelo físico Pierre Heidmann descobriu que os sólitons topológicos representam outra. Estas são uma espécie de torções gravitacionais no espaço-tempo quadridimensional previstas pela teoria das cordas, nas quais os menores elementos do Universo não são pontos semelhantes a pixels, mas minúsculas cordas vibrantes.

À distância, a área ao redor dessas dobras não se destaca como tão incomum. De perto, porém, a topologia do espaço é fortemente distorcida.

A equipe construiu matematicamente seu sóliton topológico e depois inseriu suas equações em simulações para ver como ele se comportaria. Eles sobrepuseram as simulações a imagens reais do espaço para obter uma compreensão mais precisa de como sua construção se comportaria.

À distância, o sótão topológico parecia exatamente um buraco negro, com a luz parecendo ter sido engolida.

Porém, mais próximo, o sótão topológico ficou estranho. Ele não capturou luz como um buraco negro faria, mas embaralhou-a e reemitiu-a.

“A luz é fortemente curvada, mas em vez de ser absorvida como seria em um buraco negro, ela se espalha em movimentos estranhos até que em um ponto ela volta para você de uma maneira caótica.” Heidmann diz. “Você não vê uma mancha escura. Você vê muito borrão, o que significa que a luz está orbitando loucamente em torno deste objeto estranho.”

A teoria das cordas é uma tentativa de resolver uma longa e incômoda tensão na física: entre a mecânica quântica, que descreve como as coisas se comportam em escalas muito pequenas, e a relatividade geral, que descreve as escalas maiores. A mecânica quântica falha nas escalas da relatividade e vice-versa, o que incomoda profundamente os físicos, porque eles deve ser capaz de brincar bem juntos.

Uma teoria unificada dos dois, o que chamamos de gravidade quântica, revelou-se ilusória. O sóliton topológico é o primeiro objeto baseado na teoria das cordas que corresponde ao comportamento de um buraco negro, demonstrando que objetos de gravidade quântica podem ser usados ​​para descrever a física do mundo real.

“Estas são as primeiras simulações de objetos da teoria das cordas astrofisicamente relevantes, uma vez que podemos realmente caracterizar as diferenças entre um sóliton topológico e um buraco negro como se um observador os estivesse vendo no céu,” Heidmann explica.

Não esperamos vê-los no céu, obviamente, mas investigar as possibilidades poderia ajudar os cientistas a compreender melhor a tensão entre a mecânica quântica e a relatividade geral, na esperança de um dia nos levar a uma solução.

“É o início de um maravilhoso programa de pesquisa”, Bah diz. “Esperamos que no futuro possamos propor genuinamente novos tipos de estrelas ultracompactas que consistem em novos tipos de matéria proveniente da gravidade quântica.”

A pesquisa foi aceita em Revisão Física D.