Os detectores de ondas gravitacionais em breve poderão revelar dicas de nova física de objetos compactos exóticos.

O LIGO foi construído para detectar ondulações no espaço-tempo à medida que objetos massivos, como buracos negros, colidem uns com os outros. Crédito da imagem: Mark Garlick / Science Photo Library via Getty Images

Nas profundezas do universo, entidades bizarras semelhantes a buracos negros podem existir com o poder de redefinir a física como a conhecemos. Um novo estudo calcula que, nos próximos anos, os observatórios de ondas gravitacionais na Terra poderia encontrar esses excêntricos hipotéticos, que são conhecidos como objetos compactos exóticos.

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O Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) dos Estados Unidos e seu homólogo europeu Virgo foram construídos para capturar ondulações no tecido do espaço-tempo que irradiam de objetos massivos como buracos negros e estrelas de nêutrons colidindo. No entanto, sempre existe a chance de que os cientistas encontrem algo inesperado. 

"Não podemos ser tão ingênuos ao presumir que sabemos tudo o que está lá fora", disse Luís Longo, doutorando em física pela Universidade Federal do ABC em São Paulo, Brasil.

Os pesquisadores têm especulado sobre as possibilidades de objetos compactos exóticos por muitos anos, e tentando determinar como eles seriam para um detector de ondas gravitacionais, acrescentou Longo. 

O termo "objeto compacto exótico" abrange uma variedade de diferentes entidades teóricas. Entre as possibilidades estão os gravastares, que pareceriam bastante semelhantes a um buraco negro comum, mas seriam preenchidos com energia escura, uma substância misteriosa que causaria a expansão acelerada do universo. Outro objeto compacto que poderia estar à espreita no universo é uma bola de fuzzball (O nome Fuzzball remete literalmente àquelas bolinhas peludas. Na Teoria das Cordas, esses emaranhados que representam os buracos negros são daquela forma) um nó semelhante a um buraco negro de cordas unidimensionais fundamentais proposto na teoria das cordas, que tenta unificar e substituir as teorias aceitas atualmente na física.

O que conecta objetos compactos exóticos é que, ao contrário de um buraco negro, eles não devem ter uma região conhecida como horizonte de eventos, disse Longo. De acordo com a teoria da relatividade de Albert Einstein, o horizonte de eventos é uma esfera ao redor de um buraco negro além do qual qualquer viagem se torna unilateral. Os objetos podem deslizar para dentro do horizonte de eventos, mas nada pode sair dele, nem mesmo luz. 

Mas os cientistas sabem que a teoria da relatividade de Einstein um dia terá que ser substituída. Embora a teoria seja extraordinariamente bem-sucedida na descrição da gravidade e de entidades cósmicas massivas, ela não diz nada sobre o comportamento das partículas subatômicas. Para isso, os físicos recorrem à mecânica quântica.

A esperança é, eventualmente, ter uma teoria da gravidade quântica que substitua a relatividade e a mecânica quântica. Objetos compactos exóticos, que seriam como um buraco negro, mas não têm horizonte de eventos, poderiam ajudar a fornecer as informações necessárias para começar a construir essa teoria do futuro. 

"Eles romperão com a relatividade geral porque não darão origem a uma de suas principais previsões", disse Longo, referindo-se ao horizonte de eventos. "Nesse sentido, estaríamos testando a teoria da gravitação de Einstein."

Quando dois buracos negros se colidem e se fundem, eles giram em torno um do outro, distorcendo o espaço-tempo e enviando ondas gravitacionais, que podem tocar os detectores do LIGO na Terra. Depois que eles se encontram, o horizonte de eventos impede que ondas adicionais escapem, disse Longo. 

Mas como os objetos compactos exóticos não teriam um horizonte de eventos, algumas ondas gravitacionais poderiam cair para dentro em direção ao centro do objeto e depois ricochetear, criando ecos gravitacionais que vazam para fora, acrescentou. Esses ecos são muito fracos para que o LIGO e o Virgo detectem agora, mas as instalações estão sendo atualizadas para aumentar a sensibilidade, e a eles se juntou o Detector de Ondas Gravitacionais Kamioka (KAGRA) no Japão, que entrou em operação no ano passado.

Longo e seus colegas calcularam que durante a próxima execução de observação dos detectores de ondas gravitacionais, programada para começar no verão de 2022, o LIGO e suas contrapartes poderiam ser sensíveis o suficiente para captar o sinal de um ou dois objetos compactos exóticos, se eles existirem. Longo apresentará as descobertas de sua equipe na reunião de abril da American Physical Society em 19 de abril.

Outros pesquisadores estão ansiosos para ver se tal cenário pode acontecer em um futuro próximo. “Neste momento, parece ficção científica”, disse Vitor Cardoso, físico do Instituto Superior Técnico de Lisboa, Portugal, que não esteve envolvido no trabalho. "Mas rapidamente passa da ficção científica para a ciência estabelecida."

Cardoso ficaria maravilhado se objetos compactos exóticos fossem mais do que especulação. " Nós odiamos ver o que esperamos", disse Cardoso. "Odiamos ciência chata." 

No entanto, mesmo se o LIGO detectasse ecos, provavelmente ainda demoraria muito até que a comunidade científica confirmasse que eles estão realmente apontando para esses estranhos hipotéticos, acrescentou. 

Longo também ficaria feliz se os observatórios conseguissem descobrir alguma evidência de objetos compactos exóticos. "Seria o primeiro indício do colapso da relatividade geral", disse ele. "Seria um grande avanço e extremamente emocionante."

Originalmente publicado em Live Science.