Buracos brancos estão voltando aos holofotes experimentais.

Buracos brancos são regiões cósmicas teóricas que funcionam de maneira oposta aos buracos negros. Crédito da imagem: Future/Adam Smith

Buracos brancos são regiões cósmicas teóricas que funcionam de maneira oposta aos buracos negros. Assim como nada pode escapar de um buraco negro, nada pode entrar em um buraco branco. 

Os buracos brancos foram pensados por muito tempo como uma invenção da relatividade geral nascido das mesmas equações que seus irmãos estelares colapsados, os buracos negros. Mais recentemente, no entanto, alguns teóricos têm perguntado se esses vórtices gêmeos do espaço-tempo podem ser dois lados da mesma moeda.

Para uma tripulação de uma nave espacial observando de longe, um buraco branco se parece exatamente com um buraco negro. Tem massa. Pode girar. Um anel de poeira e gás pode se reunir ao redor do horizonte de eventos, o limite da bolha que separa o objeto do resto do universo. Mas se eles continuassem assistindo, a tripulação poderia testemunhar um evento impossível para um buraco negro, uma eructação. "É apenas no momento em que as coisas saem que você pode dizer 'ah, isso é um buraco branco'", disse Carlo Rovelli, físico teórico do Centre de Physique Théorique, na França. 

Os físicos descrevem um buraco branco como a "reversão do tempo" de um buraco negro, um vídeo de um buraco negro jogado para trás, assim como uma bola quicando é a reversão do tempo de uma bola caindo. Enquanto o horizonte de eventos de um buraco negro é uma esfera sem retorno, o horizonte de eventos de um buraco branco é um limite sem acesso, o clube mais exclusivo do espaço-tempo. Nenhuma espaçonave jamais alcançará a borda da região.

Objetos dentro de um buraco branco podem sair e interagir com o mundo exterior, mas como nada pode entrar, o interior é isolado do passado do universo: Nenhum evento externo afetará o interior. "De alguma forma, é mais perturbador ter uma singularidade no passado que pode afetar tudo no mundo exterior", disse James Bardeen, pioneiro em buracos negros e professor emérito da Universidade de Washington. 

O GÊMEO TEÓRICO

As equações de campo de Einstein atingiram a física como um tsunami em 1915, e os teóricos ainda estão analisando os destroços. Além de descrever a força da gravidade, suas hipóteses também trouxeram uma mensagem de quebra de paradigmas sobre a natureza da realidade. Mais do que um pano de fundo rígido, o espaço e o tempo se dobram e se dobram junto com a massa de estrelas e planetas. Esse insight desencadeou uma corrida para calcular o quanto desse espaço de mau uso poderia tirar da matéria que passa por ele. 

Dentro de um ano, o físico e astrônomo Karl Schwarzschild encontrou a primeira solução exata para as equações de Einstein, calculando como o espaço-tempo se curva em torno de uma única bola de massa. Em sua resposta estão as sementes do que os físicos hoje chamam de singularidade, uma massa esférica encolhida até um ponto infinitamente denso, envolvendo o espaço em torno dela com tanta força que a região se separa do resto do universo. Forma uma terra de ninguém cujo horizonte de eventos quebra a ligação entre causa e efeito.

Buracos negros, as singularidades mais famosas, são regiões do espaço tão deformadas que não existem saídas. O universo externo pode influenciar o interior do horizonte de um buraco negro, mas o interior não pode afetar o exterior. 

Quando o matemático Martin David Kruskal estendeu a descrição do buraco negro de Schwarzchild em 1960 para cobrir todos os domínios do espaço e do tempo, sua nova imagem continha um reflexo da singularidade do buraco negro, embora ele não percebesse seu significado na época. Mais tarde, quando os buracos negros entraram no vernáculo, surgiu um termo natural para seus gêmeos teóricos. 

“Demorou 40 anos para entender os buracos negros, e só recentemente as pessoas estão se concentrando nos buracos brancos”, disse Rovelli.

O Event Horizon Telescope, um conjunto em escala planetária de oito radiotelescópios terrestres forjados por meio de colaboração internacional, capturou esta imagem do buraco negro supermassivo no centro da galáxia M87 e sua sombra. Aqui M87 é visto em luz polarizada.  Crédito da imagem: Colaboração EHT

POR QUE OS BURACOS BRANCOS PODEM NÃO EXISTIR

Embora a relatividade geral descreva os buracos brancos na teoria, ninguém sabe como eles podem realmente se formar. Um buraco negro isola seu pedaço de espaço quando uma estrela colapsa em um volume minúsculo, mas reproduzir este vídeo de trás para frente não faz sentido físico. Um horizonte de eventos explodindo em uma estrela funcional se pareceria um pouco com um ovo se desembaralhando, uma violação da lei estatística que exige que o universo fique mais confuso com o tempo. 

Mesmo que grandes buracos brancos se formassem, eles provavelmente não permaneceriam por muito tempo. Qualquer matéria que saia colidiria com a matéria em órbita, e o sistema entraria em colapso em um buraco negro. "Um buraco branco de vida longa, eu acho, é muito improvável", disse Hal Haggard, físico teórico do Bard College, em Nova York.

POR QUE BURACOS BRANCOS PODEM EXISTIR

Por um tempo, os buracos brancos pareciam compartilhar o destino dos buracos de minhoca, contorções matematicamente permissíveis do espaço-tempo provavelmente proibidas pela realidade. Mas nos últimos anos, alguns físicos trouxeram buracos brancos de volta na tentativa de salvar seus irmãos mais escuros de uma morte imprópria. 

Desde que Stephen Hawking percebeu na década de 1970 que os buracos negros vazavam energia, os físicos debateram como as entidades poderiam murchar e morrer. Se um buraco negro evapora, muitos perguntam, o que acontece com o registro interno de tudo que ele engoliu? A relatividade geral não deixa a informação sair e a mecânica quântica proíbe sua exclusão. 

"Como um buraco negro morre? Não sabemos. Como nasce um buraco branco? Talvez um buraco branco seja a morte de um buraco negro", disse Rovelli. "As duas questões se juntam muito bem, mas você tem que violar as equações da relatividade geral na passagem de uma para a outra."

Rovelli é um dos fundadores da gravidade quântica em loop, uma tentativa incompleta de ir além da relatividade geral, descrevendo o próprio espaço como construído a partir de partículas no estilo Lego. Guiados por ferramentas dessa estrutura, ele e outros descrevem um cenário em que um buraco negro cresce tão pequeno que não obedece mais às regras do senso comum das estrelas e das bolas de bilhar. No nível das partículas, a aleatoriedade quântica assume o controle e o buraco negro pode se transformar em um buraco branco.

Crédito da imagem: ©Genially

Tal buraco branco do tamanho de um micrograma, sendo semelhante em massa a um cabelo humano, não teria nada do drama gravitacional de seu ancestral buraco negro, de acordo com Haggard, mas esconderia um interior cavernoso contendo as informações de tudo o que havia engolido em sua vida anterior. Muito pequeno para atrair matéria em órbita, o buraco branco pode permanecer estável o suficiente para eventualmente cuspir todas as informações acumuladas por seu antecessor.

Nesta foto, os buracos brancos um dia dominariam o universo, depois que as estrelas se extinguissem e os buracos negros murchassem. Qualquer observador poderia facilmente detectar os objetos como partículas relativamente grandes Haggard especula, mas esses dias são incontáveis trilhões de vezes a idade atual do universo no futuro. "É a escala de tempo mais louca que já vi na física", disse Haggard. 

O BURACO BRANCO DEFINITIVO

Alternativamente, as consequências de um buraco branco podem existir em todos os lugares. Para os físicos de buracos negros, a explosão de matéria e energia do Big Bang parece o comportamento potencial de um buraco branco. "A geometria é muito semelhante nos dois casos", disse Haggard. "Até o ponto de ser matematicamente idêntica às vezes." 

Os cosmólogos chamam essa imagem de "Big Bounce", e alguns procuram características de buracos brancos na primeira luz observável do universo. Rovelli também se pergunta se explosões violentas de rádio representam os gritos de mini buracos negros teóricos que sobraram do Big Bang enquanto eles fazem uma transição inicial para buracos brancos (embora essa explicação pareça cada vez mais improvável). 

O universo pode não se contorcer em todas as formas que a relatividade geral permite, mas Haggard acha que os físicos deveriam seguir essa toca do coelho até o fim. "Por que você não investiga se eles [buracos brancos] têm consequências interessantes", disse ele. "Pode ser que essas consequências não sejam o que você esperaria, mas seria imprudente ignorá-las."

RECURSOS ADICIONAIS

• Descubra mais fatos interessantes sobre buracos brancos com este artigo de Fraser Cain no Universe Today. 
• Veja como os buracos brancos emergem dos mesmos diagramas de espaço-tempo que os buracos negros no vídeo de espaço-tempo da PBS. 
• Explore os paralelos entre um buraco branco e o Big Bang neste artigo da Nautilus.

BIBLIOGRAFIA

• Bardeen, James M. "Modelos para a transição não singular de um buraco negro em evaporação para um buraco branco." arXiv pré-impressão arXiv:1811.06683 (2018). 
• Bianchi, Eugenio, et al. "Buracos brancos como remanescentes: um cenário surpreendente para o fim de um buraco negro." Classical and Quantum Gravity 35.22 (2018): 225003. 
• COWEN, Rony. "O salto quântico pode fazer os buracos negros explodirem." Nature News doi 10 (2014). 
• Kedem, Yaron, Emil J. Bergholtz e Frank Wilczek. "Buracos negros e brancos nas junções de materiais." Pesquisa de Revisão Física 2.4 (2020): 043285.
• Nikitin, Igor. "Estabilidade de buracos brancos revisitada." pré-impressão arXiv arXiv:1811.03368 (2018). 
• Bardeen, James M. "Buracos negros para buracos brancos I. Um modelo quase clássico completo." arXiv pré-impressão arXiv:2006.16804 (2020).

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Referência:

WOOD, Charlie; DOBRIJEVIC, Daisy. White holes: What we know about black holes' neglected twins. Space, 24, fev. 2022. Disponível em: <https://www.space.com/white-holes.html>. Acesso em: 25, fev. 2022.