Novas provas podem confirmar a radiação de Hawking

Há cerca de 42 anos, o célebre físico teórico Stephen Hawking propôs que nem tudo o que entra em contacto com um buraco negro é condenado ao seu insondável vazio. Por vezes, minúsculas partículas de luz, os fotões, são expelidas de volta para o exterior, retirando ao buraco negro uma quantidade infinitesimal de energia. Esta perda gradual de massa implica que todos os buracos negros acabam, eventualmente, por evaporar e desaparecer.

Designadas radiação de Hawking, estas partículas em fuga ajudam a explicar um dos maiores enigmas do Universo conhecido. Ainda assim, passadas mais de quatro décadas, ninguém conseguiu demonstrar efectivamente a sua existência, e a proposta de Hawking permaneceu firmemente no domínio das hipóteses.

Mas isso poderá estar prestes a mudar. Duas equipas independentes de investigadores comunicaram ter encontrado indícios que sustentam as afirmações de Hawking, o que poderá permitir a um dos maiores físicos vivos conquistar finalmente um Prémio Nobel.

A origem da radiação de Hawking

Regressemos, então, a 1974, quando tudo começou. Hawking envolveu-se numa discussão com Jacob Bekenstein, estudante de pós-graduação da Universidade de Princeton, que sugerira na sua tese de doutoramento que a entropia de um buraco negro - a «desordem» de um sistema, relacionada com o seu volume, energia, pressão e temperatura - era proporcional à área do seu horizonte de acontecimentos.

Como Dennis Overbye explica no The New York Times, isto constituía um problema porque, de acordo com o entendimento então aceite das leis físicas - incluindo o próprio trabalho de Hawking -, a entropia e o volume de um buraco negro jamais poderiam diminuir.

Hawking analisou a alegação e, pouco depois, percebeu que estava errado. «[O] dr. Hawking efectuou um cálculo prodigioso que incluía a teoria quântica, as estranhas regras que governam o mundo subatómico, e ficou chocado ao encontrar partículas a afastarem-se do buraco negro, o que indicava que, afinal, ele não era assim tão negro», escreve Overbye.

Hawking avançou a ideia de que o Universo está repleto de «partículas virtuais» que, segundo o que sabemos sobre o funcionamento da mecânica quântica, surgem e desaparecem, aniquilando-se mutuamente assim que entram em contacto - excepto quando aparecem em lados opostos do horizonte de acontecimentos de um buraco negro. Essencialmente, uma das partículas é engolida pelo buraco negro, enquanto a outra é irradiada para o espaço.

A existência da radiação de Hawking respondeu a muitas questões sobre o funcionamento real dos buracos negros, mas, ao mesmo tempo, levantou vários problemas que os físicos ainda tentam conciliar.

«Nenhum resultado da física teórica foi mais fundamental ou influente do que a sua descoberta de que os buracos negros têm uma entropia proporcional à área da sua superfície», afirma Lee Smolin, físico teórico do Perimeter Institute for Theoretical Physics, no Canadá.

Embora Bekenstein tenha recebido o Prémio Wolf em 2012 e o Prémio Einstein da American Physical Society em 2015 pelo seu trabalho - distinções que, segundo o The New York Times, são frequentemente precursoras do Prémio Nobel -, nenhum dos dois cientistas recebeu o mais prestigiado prémio da ciência por esta descoberta. Bekenstein morreu no ano passado, mas Hawking está agora mais perto do que nunca de ver a sua hipótese comprovada.

Um buraco negro sónico em laboratório

O problema? Lembra-se de ter sido dito que os fotões em fuga roubavam uma quantidade infinitesimal de energia ao buraco negro sempre que escapavam? Infelizmente para Hawking, esta radiação é tão ténue que se torna praticamente impossível detectá-la a milhares de anos-luz de distância.

Porém, o físico Jeff Steinhauer, da Universidade Technion, em Haifa, Israel, considera ter encontrado uma solução: se não conseguimos detectar a radiação de Hawking em buracos negros reais, situados a milhares de anos-luz dos nossos melhores instrumentos, porque não levar os buracos negros até aos nossos melhores instrumentos?

Segundo relata Oliver Moody no The Times, Steinhauer conseguiu criar um «buraco negro» do tamanho de um laboratório, feito de som, e, quando o pôs em funcionamento, observou partículas a retirar energia das suas extremidades.

Num artigo sobre a experiência publicado no sítio de pré-publicações de física arXiv.org, Steinhauer explica que arrefeceu hélio até um pouco acima do zero absoluto e depois o agitou a uma velocidade tão elevada que se formou uma «barreira» através da qual o som não deveria conseguir passar.

«Steinhauer disse ter encontrado sinais de que os fonões, os pacotes minúsculos de energia que compõem as ondas sonoras, estavam a escapar do seu buraco negro sónico, tal como as equações de Hawking prevêem», relata Moody.

Importa esclarecer que os resultados desta experiência ainda não foram revistos por pares - esse é precisamente o objectivo de disponibilizar tudo publicamente no arXiv.org. Estão agora a ser analisados por físicos de todo o mundo e já suscitam controvérsia, embora sejam considerados dignos de investigação adicional.

«As experiências são belas», disse ao The Telegraph a física Silke Weinfurtner, da Universidade de Nottingham, no Reino Unido, que conduz as suas próprias experiências terrestres para tentar detectar a radiação de Hawking. «Jeff fez um trabalho extraordinário, mas algumas das afirmações que faz estão abertas ao debate. Vale a pena discutir isto.»

Outra abordagem à radiação de Hawking

Entretanto, um artigo publicado no mês passado na Physical Review Letters identificou outra forma de reforçar os argumentos a favor da radiação de Hawking. Os físicos Chris Adami e Kamil Bradler, da Universidade de Otava, descrevem uma nova técnica que lhes permite acompanhar a evolução de um buraco negro ao longo do tempo.

Isto é entusiasmante porque significa que qualquer informação ou matéria que atravesse o horizonte de acontecimentos não «desaparece», mas vai lentamente escapando durante as fases finais da evaporação do buraco negro.

«Para efectuar este cálculo, tivemos de adivinhar como um buraco negro interage com o campo de radiação de Hawking que o rodeia», declarou Adami num comunicado de imprensa. «Isto acontece porque actualmente não existe uma teoria da gravidade quântica que possa sugerir tal interacção. No entanto, parece que fizemos uma conjectura bem fundamentada, porque o nosso modelo é equivalente à teoria de Hawking no limite dos buracos negros fixos e imutáveis.»

Ambos os resultados terão agora de ser confirmados, mas sugerem que estamos cada vez mais próximos de encontrar uma solução para confirmar ou refutar a existência da radiação de Hawking, uma boa notícia para quem lhe deu o nome.

Como Moody salienta, Peter Higgs, que previu a existência do bosão de Higgs, teve de esperar 49 anos pelo seu Prémio Nobel. Resta ver se Hawking acabará por receber o seu.