Buracos negros evaporam? Conheça a radiação Hawking

Nenhum corpo celeste no Universo viverá para sempre. Ao longo de centenas de bilhões de anos, todos os planetas terão se tornados lugares estéreis, sem calor e sem vida. Todas as estrelas que existem e as que ainda se formarão deixarão de queimar seu combustível e serão reduzidos a cadáveres cósmicos. 

As galáxias terão cessado a formação de novas estrelas e dissiparão continuamente sua energia, estando cada vez mais isoladas no espaço... Até mesmo os mais enigmáticos objetos individuais no Universo que se desenvolvem e crescem até hoje encontrarão, eventualmente, o seu fim: os buracos negros.

Mesmo que pareçam representar a epítome da permanência cósmica, os buracos negros também parecem ter seu destino atrelado a um capítulo final, sujeitos a um desaparecimento gradual e lento por meio de um processo de evaporação. 

Essa ideia, que parece tirada de um roteiro de ficção científica, é uma consequência das leis da física quântica e, em particular, de uma teoria proposta por Stephen Hawking na década de 70. Vamos entendê-la!

Compreendendo a radiação de Hawking

Como todo entusiasta da astronomia sabe, buracos negros são regiões do espaço com uma gravidade tão intensa que nada, nem mesmo a luz, pode escapar de sua atração. Eles se formam quando uma quantidade significativa de massa é concentrada em um volume extremamente pequeno, muitas vezes após o colapso gravitacional de estrelas massivas.

Existem três tipos principais de buracos negros, são eles:

• Os estelares, que surgem do colapso de estrelas com mais de 8 vezes a massa do Sol;
• Supermassivos, encontrados no centro de galáxias e com massas equivalentes a bilhões de sóis;
• Os primordiais, ainda não detectados, mas que, se existirem, teriam se formado logo após o Big Bang e seriam muito menores.

As principais características dos buracos negros incluem seu horizonte de eventos (o limite além do qual nada escapa), a singularidade no centro (onde a densidade se torna infinita) e o disco de acreção, formado por matéria sendo puxada para dentro.

A ideia de que buracos negros podem evaporar tem suas raízes há exatos 50 anos, quando o físico teórico Stephen Hawking publicou um artigo revolucionário. Antes disso, buracos negros eram vistos como objetos que, uma vez formados, cresceriam indefinidamente, acumulando cada vez mais massa e nunca desaparecendo. 

A visão clássica, segundo a relatividade geral de Einstein, sugeria que nada poderia escapar de um buraco negro, nem mesmo radiação.

No entanto, em 1974, Hawking desafiou essa visão propondo que buracos negros poderiam emitir radiação devido a efeitos quânticos próximos ao horizonte de eventos. Essa radiação, agora conhecida como radiação Hawking, implica que os buracos negros podem, na verdade, perder massa e evaporar ao longo de um tempo extremamente longo.

A radiação Hawking é um conceito que surge da mecânica quântica e da relatividade geral. 

No vácuo do espaço-tempo próximo ao horizonte de eventos de um buraco negro, pares de partículas e antipartículas são constantemente criados e aniquilados devido às flutuações quânticas. 

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Normalmente, esses pares se anulam mutuamente, mas perto do horizonte de eventos, uma das partículas pode cair no buraco negro, enquanto a outra escapa para o espaço. A partícula que escapa é chamada de radiação Hawking.

Quando um buraco negro emite radiação de Hawking, ele também está perdendo massa. Com o tempo, essa perda de massa faz com que o buraco negro encolha em um processo que pode levar bilhões de anos para buracos negros estelares.

À medida que o buraco negro se aproxima do final de sua vida, ele começaria a emitir radiação de Hawking de maneira cada vez mais intensa, aumentando a taxa de emissão exponencialmente à medida que o buraco negro diminui de tamanho, até que o buraco negro se desintegre completamente em uma explosão de radiação. Esse último estágio, conhecido como “explosão final”, seria uma liberação massiva de energia.

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Embora a teoria de Hawking seja elegante e coerente com a mecânica quântica e a relatividade geral, a detecção direta da radiação de Hawking nunca foi feita e ainda é um desafio. Os buracos negros estelares são extremamente grandes e a radiação que emitem é muito fraca para ser detectada com nossos instrumentos atuais.

Contudo, a pesquisa sobre a radiação Hawking e a evaporação de buracos negros é um campo vibrante e promissor na física contemporânea. Experimentos indiretos e observações astronômicas estão em andamento para tentar detectar sinais que possam confirmar a sua existência e fornecer uma compreensão mais completa sobre o destino desses titãs cósmicos.