Desde que foram observadas pela primeira vez em 2015, as ondas gravitacionais permitiram aos cientistas detectar um grande número de buracos negros nunca antes vistos e descobrir algumas das propriedades de massa dos objetos – como suas massas e distâncias da Terra. Mas um par de físicos no Reino Unido acredita que deve ser possível fazer muito melhor. Os pesquisadores argumentam em um novo artigo que as ondas gravitacionais podem nos contar com alguns detalhes sobre como os buracos negros engolem objetos à medida que crescem – e, ao fazê-lo, ajudam a resolver o paradoxo da informação causado pela radiação de Hawking.
Os buracos negros são famosos por devorar qualquer objeto que cruze seus horizontes de eventos. Ao mesmo tempo, acredita-se que eles vazam continuamente energia para o espaço na forma de Radiação Hawking. Proposto por Stephen Hawking em 1974, esta emissão é a radiação do corpo negro que faz com que um buraco negro encolha e eventualmente desapareça. A única característica não aleatória desses fótons vazantes é sua energia, que é determinada pela massa do buraco negro. Esta emissão leva a um paradoxo – o buraco negro perderá toda a informação que continha sobre os objetos que capturou, contrariando a não destruição de informação estipulada pela mecânica quântica.
Os físicos apresentaram inúmeras soluções possíveis para esse quebra-cabeça, a maioria envolvendo alguma codificação sutil de informações dentro da radiação de Hawking. Mas Louis Hamaide e Théo Torres do King's College London consideram que as ondas gravitacionais podem oferecer uma saída mais natural. Eles descobriram que quase todas as informações sobre qualquer objeto sugado para dentro de um buraco negro seriam recuperáveis medindo a radiação gravitacional emitida quando esse objeto desaparecesse no esquecimento.
Até agora, ondas gravitacionais de buracos negros foram detectadas pelos observatórios LIGO-Virgo. Estes são interferômetros a laser do tamanho de um quilômetro que detectam sinais emitidos por pares de buracos negros à medida que eles espiralam um sobre o outro e depois se aglutinam. Esses buracos negros são tão massivos que sua radiação gravitacional é forte o suficiente para permanecer detectável depois de propagar milhões de anos-luz até a Terra.
Objeto em queda
Em sua nova pesquisa, Hamaide e Torres consideram a radiação emitida por objetos muito pequenos que caem nos buracos negros de Schwarzschild – estes são buracos negros que não giram e não têm carga elétrica. Os cálculos da dupla exploram a teoria da perturbação, que é essencialmente uma correção das propriedades de um buraco negro pelo objeto em queda. Essa abordagem produz uma expressão analítica exata para a radiação emitida – em contraste com as simulações numéricas e ajustes de curva necessários para calcular o comportamento de dois corpos com massas semelhantes.
Trabalhando com as equações, os pesquisadores descobriram que a assinatura deixada por um objeto em queda é surpreendentemente simples. Enquanto a massa do buraco negro está ligada à frequência das ondas gravitacionais, a massa do objeto capturado é codificada na amplitude das ondas. O momento da captura é revelado pela fase da radiação, enquanto sua trajetória pode ser calculada observando a emissão de vários pontos de vista.
Hamaide afirma que esses dados seriam muito mais fáceis de coletar e interpretar do que as informações “muito espalhadas” talvez obtidas da radiação de Hawking. “Estamos vendo que as informações vêm em pacotes muito bonitos”, acrescenta.
No entanto, outros pesquisadores são céticos sobre a utilidade dessas assinaturas de ondas gravitacionais. Robert Mann da Universidade de Waterloo, no Canadá, argumenta que o que importa não é a informação sobre objetos caindo em um buraco negro depois de formado, mas sim o conhecimento do que criou o buraco negro em primeiro lugar. Ele também diz que os autores fazem uma observação válida sobre um buraco negro ser “basicamente um sistema quântico aberto”, mas observa que eles realizam muito pouca análise quântica ou mesmo semi-clássica.
déficit quântico
Hamaide e Torres reconhecem que as assinaturas são inteiramente clássicas, enquanto a descrição completa do objeto seria quântico-mecânica – vindo na forma de sua função de onda. Eles calculam que a informação clássica representaria bem mais de 99.9% do total, mas apontam que apenas 100% servirão quando se trata de resolver completamente o paradoxo da informação. Em outras palavras, eles dizem, não importa quão precisas sejam as medições, sua análise nunca recuperará todas as informações de um buraco negro.
Na verdade, Vitor cardoso da Universidade de Lisboa, em Portugal, e do Instituto Niels Bohr, em Copenhague, argumenta que não seria possível medir a informação clássica em todos os casos – uma vez que o colapso da matéria com simetria esférica completa não geraria ondas gravitacionais. Cardoso também duvida que qualquer medição prática possa ser feita – dado o que ele diz ser a necessidade de múltiplos detectores infinitamente sensíveis ao redor da fonte.
Jorge Pullin da Louisiana State University, nos EUA, também é cético sobre a utilidade prática do trabalho mais recente, ao mesmo tempo em que elogia os “pontos interessantes sobre a recuperação de informações” dos autores. Ele observa que as observações atuais de ondas gravitacionais lutam para resolver a massa e a rotação dos objetos em colisão (incluindo o sinal do último). “Não é provável que isso mude muito no futuro próximo”, acrescenta.
Hamaide reconhece que os minúsculos sinais do sistema pertubativo que eles consideraram não poderiam ser captados por nenhum detector existente ou planejado. Ainda assim, ele argumenta que há um aspecto de seu trabalho que deveria oferecer conforto aos astrofísicos de hoje. Este é o fato de que exclui a possibilidade teórica (conhecida como degeneração) de que, à medida que os detectores de ondas gravitacionais se tornam mais sensíveis, se tornará mais (não menos) difícil encontrar valores específicos para massas de buracos negros e outras propriedades. "Isso não vai acontecer", diz ele.
A pesquisa é descrita em Gravidade clássica e quântica.
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- Fonte: https://physicsworld.com/a/gravitational-waves-could-reveal-hidden-histories-of-black-holes/
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