Os buracos negros são talvez os objetos mais estranhos e menos compreendidos em nosso universo. Eles tem ligação com incríveis possíveis fenômenos: de buracos de minhoca a universos bebês e agora universos fractais.
Por mais bizarros que os buracos negros sejam, tipos ainda mais estranhos podem ser teorizados. E uma equipe de cientistas se aprofundou na matemática dos chamados buracos negros carregados e descobriu uma série de surpresas, incluindo um espaço-tempo infernal, uma exótica paisagem fractal e talvez mais.
Existem inúmeros tipos de buracos negros hipotéticos que podem ser reais: aqueles com ou sem carga elétrica, os giratórios ou estacionários, os cercados por matéria ou os que flutuam no espaço vazio. Sabe-se que alguns desses buracos negros hipotéticos existem em nosso universo; por exemplo, o buraco negro giratório cercado por matéria que gira ao seu redor é uma presença bastante comum. Até tiramos uma foto de um.
Mas alguns outros tipos de buracos negros são puramente teóricos. Mesmo assim, os físicos ainda estão interessados em investigá-los ao se aprofundar em seus fundamentos matemáticos em que é possível descobrir novas relações e implicações das teorias da física, que podem ter consequências no mundo real.
Um desses buracos negros teóricos seria o buraco negro eletricamente carregado cercado por um certo tipo de espaço conhecido como anti-de Sitter. Sem entrar em detalhes, este tipo de espaço tem curvatura geométrica negativa constante, como uma sela de cavalo, que sabemos não é uma boa descrição de nosso universo. (Um cosmos com espaço anti-de Sitter teria uma constante cosmológica negativa, o que significa que qualquer matéria tenderia a se condensar em um buraco negro, ao contrário da expansão acelerada conhecida que está ocorrendo no universo.
Este espaço em forma de sela de cavalo não existe em nosso universo, mas tudo bem: Acontece que esses buracos negros exóticos ainda têm estruturas surpreendentemente intrincadas que valem a pena explorar.
Um dos motivos pelos quais vale a pena explorar é que os buracos negros carregados compartilham muitas semelhanças com os buracos negros giratórios, que certamente existem em nosso universo, mas os buracos negros carregados são matematicamente mais simples de lidar. Portanto, ao estudar os buracos negros carregados, podemos obter alguns insights sobre os buracos negros rotativos do universo real.
Banner Cogumelos Mágicos
Além disso, os físicos descobriram que quando esses buracos negros se tornam relativamente frios, eles criam uma “névoa” de campos quânticos ao redor de suas superfícies. Essa névoa adere à superfície, puxada para dentro pela gravidade do próprio buraco negro, mas empurrada para fora pela repulsão elétrica do mesmo buraco negro. Uma névoa de campos quânticos operando de maneira estável em uma superfície também é conhecida como supercondutor. Os supercondutores têm aplicações no mundo real (ou seja, eles podem transmitir corrente elétrica sem resistência), portanto, investigar como os supercondutores funcionariam nesses cenários exóticos nos ajuda a compreender suas estruturas matemáticas, o que pode levar a novos idéias para aplicações reais.
Em um estudo publicado em 28 de agosto no banco de dados de pré-impressão arXiv, uma equipe de cientistas usou recentemente a linguagem da supercondutividade para descobrir o que existe mais abaixo da superfície desses buracos negros hipotéticos.
Quase um buraco de minhoca
Buracos negros carregados “normais”, que são envoltos em um espaço-tempo comum daqueles encontrados em nosso universo, têm algumas peculiaridades em seu interior. Primeiramente, além do horizonte de eventos (a região de um buraco negro que, quando ultrapassada, nada consegue pode sair) está algo chamado horizonte interno, uma região de energias quânticas intensas. Além disso, há um buraco de minhoca, uma ponte para um buraco branco em alguma outra seção solitária do universo (pelo menos, de acordo com a matemática).
Não sabemos realmente se buracos de minhoca existem, porque a matemática dos buracos negros carregados se desmancha no horizonte interno e nada mais funciona a não ser que se crie uma nova física. Felizmente, os buracos negros carregados cercados por espaço anti-de Sitter, que passaremos a chamar de buracos negros supercondutores, não tem esse problema.
A boa notícia é que o horizonte interno de um buraco negro supercondutor não se desmancha o que permite navegar suavemente por ele sem ser espaguetificado como um buraco negro normal estacionário faria. A má notícia é que a ponte do buraco de minhoca dentro de um buraco negro supercondutor também se destrói, então você não consegue se transportar para estrelas distantes.
Mas isso não significa que nada de interessante aconteça ali. Logo depois do que seria o horizonte interno, o interior de um buraco negro supercondutor fica um tanto espumoso.
Normalmente, as partículas em supercondutores da vida real podem oscilar, suportando ondas que se movem para frente e para trás em um efeito conhecido como Oscilações Josephson. E bem dentro desses buracos negros, o próprio espaço vibra para frente e para trás. Se você cair fisicamente em um desses monstros, terá passará por uma boa turbulência.
Um estranho universo fractal
Mas, uma vez que passamos pela vibração do espaço-tempo, o que vem a seguir é realmente assombroso. Os cientistas observaram que as regiões mais internas de um buraco negro supercondutor podem apresentar um trecho de um universo em expansão em miniatura, um lugar onde o espaço pode se esticar e se deformar em taxas diferentes em direções diferentes.
Além do mais, dependendo da temperatura do buraco negro, algumas dessas regiões do espaço podem desencadear uma nova rodada de vibrações, que então criam um novo trecho de espaço em expansão, que desencadeia uma nova rodada de vibrações, que então criam um novo trecho de espaço em expansão, e assim por diante, em escalas cada vez menores.
Seria um mini universo fractal, repetindo-se infinitamente de escalas grandes a pequenas. É absolutamente impossível descrever como seria atravessar essa região, mas certamente seria estranho.
No centro deste estranho universo fractal, a bagunça caótica é a singularidade: o ponto de densidade infinita, o lugar onde reside cada pedaço de matéria que já caiu no buraco negro.
Infelizmente, mesmo com suas técnicas matemáticas supercondutoras supercarregadas, os pesquisadores não conseguem descrever o que acontece na singularidade. Toda a física conhecida se desmancha, exigindo novas teorias da gravidade para uma descrição completa.
É um mistério o que encontraríamos no centro de um buraco negro supercondutor, mas a viagem seria louca. [Space]
