Um novo avanço da física mostra como a teoria da relatividade geral de Einstein continua a valer, mesmo para buracos negros "calvos".

Esta visualização de uma simulação de um buraco negro mostra suas linhas de campo magnético em verde quebrando e se reconectando com bolsas de plasma (círculos verdes no centro). Crédito da imagem: A. Bransgrove et al. Physical Review Letters 2021

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Os buracos negros são regiões do espaço-tempo onde a atração da gravidade é tão forte que nada, nem mesmo a luz, pode escapar de ser arrastada e "comida". A teoria da relatividade geral de Einstein previu a existência de buracos negros e que, não importa que tal objeto "coma", os buracos negros são caracterizados apenas por sua massa, spin e carga elétrica. Os astrofísicos referem-se a isso como o teorema "sem cabelo".

Mas esse teorema tem um obstáculo persistente: os campos magnéticos. Para que o teorema sem cabelo seja verdadeiro, "comer" o material não deve alterar as características primárias de um buraco negro. Mas, embora os buracos negros possam "nascer" com fortes campos magnéticos, eles também podem obtê-los "comendo" certo material, e nuvens de plasma podem sustentar esses campos magnéticos ao redor de um buraco negro.

Os físicos investigaram esse obstáculo usando um supercomputador para simular um buraco negro cercado por plasma. Neste estudo, eles descobriram que mesmo quando os buracos negros sustentaram campos magnéticos, o teorema do "sem cabelo" e a teoria de Einstein continuam válidos.

"A conjectura do não-cabelo é a pedra angular da relatividade geral", co-autor do estudo Bart Ripperda, pesquisador do Centro de Astrofísica Computacional (CCA) do Flatiron Institute na cidade de Nova York e pós-doutorado na Universidade de Princeton em Nova Jersey, disse ele em um comunicado. "Se um buraco negro tem um campo magnético de vida longa, então a conjectura sem cabelo é violada. Felizmente, uma solução veio da física do plasma que salvou a conjectura sem cabelo de ser quebrada."

Em suas simulações, os pesquisadores descobriram que os campos magnéticos ao redor dos buracos negros podem evoluir. A simulação mostrou que as linhas do campo magnético ao redor do buraco negro rapidamente se separariam e se reconectariam. Esse fenômeno criou bolsões de plasma, energizados pelo campo magnético, que borbulhariam e seriam ejetados para o espaço ou engolidos pelo buraco negro. 

“Os teóricos não pensaram nisso porque geralmente colocam seus buracos negros no vácuo”, diz Ripperda. "Mas na vida real, muitas vezes há plasma, e o plasma pode sustentar e trazer campos magnéticos. E isso tem que se ajustar à sua conjectura sem cabelo."

O que realmente resgatou o teorema sem cabelo, no entanto, é que os cientistas descobriram que esse processo drenou rapidamente o campo magnético até que ele desaparecesse completamente. 

Esse esgotamento aconteceu muito rápido: uma taxa de 10% da velocidade da luz.

"A reconexão rápida salvou a conjectura sem cabelo", disse Ripperda.

Este trabalho é descrito em um estudo publicado em 27 de julho na revista Physical Review Letters.

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Referência:

GOHD, Chelsea. 'Balding' black holes prove Einstein right again on general relativity. Space, 02, nov. 2021. Disponível em: <https://www.space.com/black-hole-balding-einstein-general-relativity>. Acesso em: 02, nov. 2021.