Pode haver uma maneira mais fácil de descrever como os buracos negros “vazam” energia do que a teoria proposta por Stephen Hawking – e o processo recentemente sugerido é semelhante ao modo como descrevemos uma panela de água fervente. Esta descrição simples (bem, relativamente simples) pode ser usada para modelar buracos negros em muitas situações, como quando eles se formam, se fundem com outros buracos negros, eventualmente evaporam e morrem de forma explosiva.
Na década de 1970, um renomado físico teórico Stephen Hawking Ele escreveu uma carta para a revista Nature sobre o assunto.Explosões de buraco negro?“Isso explica como esses objetos vazam radiação térmica, vaporizam e eventualmente explodem no final de sua vida. Essa radiação acabou ficando conhecida como Radiação Hawking.
Mas em novas pesquisas os cientistas sugeriram uma alternativa à radiação Hawking. Isso inclui a descrição da desordem ou aumento da entropia dos buracos negros. Água fervente, por exemplo, é frequentemente descrita em termos de aumento de entropia. Para os buracos negros, esta medida de entropia está ligada a propriedades como spin e energia, o que significa que pode ser usada para compreender como estes titãs cósmicos respondem a diferentes eventos.
“As leis de Hawking sobre a dinâmica dos buracos negros têm sido o paradigma durante 50 anos, proporcionando uma ligação satisfatória entre a física extrema e a física comum, mas têm uma séria limitação,” disse o líder da equipa, Abhay Ashtekar, do Eberly College of Science da Penn State University. Em uma declaração. “Foram desenvolvidas para buracos negros que estão em equilíbrio – ou permanecem constantes ao longo do tempo – mas os buracos negros estão em constante mudança; evoluem, fundem-se e eventualmente evaporam. Queremos encontrar uma forma de ultrapassar esta limitação e alargar as leis aos buracos negros fora de equilíbrio.”
Buracos negros, Einstein e Hawking
Para investigar a origem dos buracos negros, temos que recorrer ao físico mais famoso da história (desculpe, Hawking, você é o número dois). Albert Einstein.
Em 1915, Einstein revelou sua teoria da gravitação. Relatividade geral. Uma consequência das equações subjacentes a essa teoria é a possibilidade SingularidadeUm ponto onde as equações da relatividade geral vão ao infinito. Representa o coração do buraco negro.
Outra consequência das equações da relatividade geral é que a região do espaço em torno desta singularidade, na qual a gravidade é tão intensa, que a velocidade de escape dessa região aumenta para um valor maior que a velocidade da luz. Essa região é o limite externo de captura de luz do buraco negro horizonte de eventosImpede-nos de ver ou extrair informações da singularidade no centro de um buraco negro. Na verdade, foi somente com o trabalho de Hawking em 1974 que foi proposto que nada poderia escapar de um buraco negro.
“As leis da mecânica dos buracos negros vêm diretamente das equações de Einstein”, disse Daniel E., membro da equipe e estudante de física na Penn State. Paraíso disse. “Como não era possível ver um buraco negro, parecia que poderia haver um número infinito de maneiras de criar um buraco negro, tornando a sua entropia infinita. Pensava-se que apenas absorviam energia e nunca irradiavam, por isso a sua temperatura era zero.”
No entanto, o advento da radiação Hawking mudou um pouco este paradigma. Hawking os redefiniu dizendo que os buracos negros na verdade irradiam energia térmica. Leis da termodinâmica Pode ser usado para buracos negros.
“Isso mudou o pensamento sobre as propriedades termodinâmicas dos buracos negros, de um tipo de conceito matemático descrito por equações para uma realidade física”, disse Paraiso. “Isso abriu a porta para encontrar análogos em buracos negros de entropia e temperatura usados na termodinâmica.”
Na fórmula de Hawking para buracos negros, a área do horizonte de eventos é proporcional à sua temperatura e entropia, e inversamente proporcional à sua massa e ao seu spin.
“No entanto, há um problema”, disse Jonathan Shu, membro do painel, da Penn State, no comunicado. “Estas analogias só funcionam realmente para um buraco negro em equilíbrio. Em condições dinâmicas, os limites dos eventos podem formar-se e crescer no que chamamos de regiões planas do espaço-tempo, onde nada acontece.”
Shu acrescentou que as propriedades dos buracos negros não podem ser determinadas apenas pela física local do buraco negro. Em vez disso, a determinação das propriedades dos buracos negros depende da previsão de eventos que podem ou não ocorrer no futuro.
“Portanto, a área dos limites dos eventos não pode ser uma medida da entropia física dos buracos negros dinâmicos”, argumenta Shu. “Se quisermos compreender o crescimento, a evaporação e a fusão dos buracos negros, precisamos de uma alternativa viável.”
Para a equipe, isso significa mudar o horizonte de eventos do buraco negro para algo que eles chamam de “horizonte dinâmico”, já usado quando os cientistas simulam buracos negros. Agora, a primeira lei da termodinâmica – que afirma que a energia de um sistema fechado não pode ser criada ou destruída, mas apenas pode mudar de forma – aplica-se mesmo quando os buracos negros estão envolvidos em processos dinâmicos. Também significa sujeito a buracos negros A segunda lei da termodinâmicaAfirma que a entropia total de um sistema isolado sempre aumenta com o tempo, durante o seu nascimento, fusão e morte.
“Isso nos permite estender a primeira e a segunda leis da termodinâmica aos buracos negros em desequilíbrio, superando assim as limitações do paradigma que tem sido usado há mais de meio século”, disse Ashtaker. “Essas leis gerais podem ser usadas para compreender melhor a evaporação dos buracos negros na teoria quântica e nas fusões de buracos negros.”
A pesquisa da equipe foi publicada em junho na revista Cartas de revisão física.
