Todas as possibilidades são muito estranhas.

Ilustração de um buraco negro. Crédito da imagem: Shutterstock

A singularidade no centro de um buraco negro é a derradeira terra de ninguém: um lugar onde a matéria é comprimida até um ponto infinitamente minúsculo, e todas as concepções de tempo e espaço se desintegram completamente. E realmente não existe. Algo precisa substituir a singularidade, mas não temos certeza do que é. 

Estrelas Planck

Pode ser que, bem no fundo de um buraco negro, a matéria não seja comprimida até um ponto infinitamente minúsculo. Em vez disso, poderia haver a menor configuração possível de matéria, o menor bolsão de volume possível.

Isso é chamado de estrela de Planck, e é uma possibilidade teórica prevista pela gravidade quântica em loop, que é uma proposta altamente hipotética para a criação de uma versão quântica da gravidade. No mundo da gravidade quântica em loop, o espaço e o tempo são quantizados o universo ao nosso redor é composto de minúsculos pedaços discretos, mas em uma escala tão incrivelmente minúscula que nossos movimentos parecem suaves e contínuos.

Essa fragmentação teórica do espaço-tempo oferece dois benefícios. Um, leva o sonho da mecânica quântica à sua conclusão final, explicando a gravidade de uma forma natural. E dois, torna impossível a formação de singularidades dentro de buracos negros.

Conforme a matéria se espreme sob o imenso peso gravitacional de uma estrela em colapso, ela encontra resistência. A discrição do espaço-tempo impede que a matéria alcance qualquer coisa menor que o comprimento de Planck (cerca de 1,68 vezes 10^-35 metros, então... pequeno). Todo o material que já caiu no buraco negro é comprimido em uma bola não muito maior do que isso. Perfeitamente microscópico, mas definitivamente não infinitamente pequeno.

Essa resistência à compressão contínua eventualmente força o material a desmoronar (ou seja, explodir), tornando os buracos negros apenas objetos temporários. Mas, devido aos efeitos de extrema dilatação do tempo em torno dos buracos negros, de nossa perspectiva no universo externo, são necessários bilhões, até trilhões, de anos antes de explodirem. Então, estamos prontos por agora.

Gravastars

Outra tentativa de erradicar a singularidade, que não depende de teorias não testadas da gravidade quântica é conhecida como gravastar. É um conceito tão teórico que meu corretor ortográfico nem reconheceu a palavra. 

A diferença entre um buraco negro e um gravastar é que em vez de uma singularidade, o gravastar é preenchido com energia escura. A energia escura é uma substância que permeia o espaço-tempo, fazendo com que se expanda para fora. Parece ficção científica, mas é real: a energia escura está atualmente em operação no cosmos maior, fazendo com que todo o nosso universo acelere sua expansão.

Conforme a matéria cai em um gravastar, ela não é capaz de realmente penetrar no horizonte de eventos (devido a toda aquela energia escura no interior) e, portanto, apenas fica na superfície. Mas fora dessa superfície, os gravastares parecem e agem como buracos negros normais.

No entanto, observações recentes de fusão de buracos negros com detectores de ondas gravitacionais têm potencialmente descartado a existência de gravastars, porque a fusão de gravastars dará um sinal diferente do que a fusão de buracos negros, e equipamentos como LIGO (o Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) e Virgo estão obtendo mais e mais exemplos a cada dia. Embora os gravastares não sejam exatamente proibidos em nosso universo, eles estão definitivamente no gelo fino.

Vamos dar uma volta

As estrelas e gravastares de Planck podem ter nomes impressionantes, mas a realidade de sua existência está em dúvida. Portanto, talvez haja uma explicação mais mundana para as singularidades, baseada em uma visão mais matizada e realista dos buracos negros em nosso universo.

A ideia de um único ponto de densidade infinita vem de nossa concepção de buracos negros estacionários, sem rotação, sem carga e bastante enfadonhos. Os buracos negros reais são personagens muito mais interessantes, especialmente quando giram.

O giro de um buraco negro em rotação estende a singularidade em um anel. E de acordo com a matemática da teoria da relatividade geral de Einstein (que é a única matemática que temos), uma vez que você passa pela singularidade do anel, você entra em um buraco de minhoca e sai por um buraco branco (o oposto polar de um buraco negro, onde nada pode entrar e a matéria sai correndo à velocidade da luz) para um pedaço inteiramente novo e excitante do universo.

Um desafio: os interiores dos buracos negros em rotação são catastroficamente instáveis. E isso está de acordo com a mesma matemática que leva à previsão da viagem para um novo universo.

O problema com os buracos negros em rotação é que... bem, eles giram. A singularidade, esticada em um anel, está girando em um ritmo tão fantástico que tem uma força centrífuga incrível. E na relatividade geral, forças centrífugas fortes o suficiente agem como antigravidade: elas empurram, não puxam.

Isso cria um limite dentro do buraco negro, chamado de horizonte interno. Fora dessa região, a radiação está caindo para dentro em direção à singularidade, obrigada pela extrema atração gravitacional. Mas a radiação é empurrada pela antigravidade perto da singularidade do anel, e o ponto de inflexão é o horizonte interno. Se você fosse encontrar o horizonte interno, você enfrentaria uma parede de radiação infinitamente energética, toda a história passada do universo, explodida em seu rosto em menos de um piscar de olhos.

A formação de um horizonte interno semeia as sementes para a destruição do buraco negro. Mas buracos negros rotativos certamente existem em nosso universo, então isso nos diz que nossa matemática está errada e que algo estranho está acontecendo.

O que realmente está acontecendo dentro de um buraco negro? Não sabemos e a parte assustadora é que talvez nunca saibamos.

Fonte: livescience