Não, isto não é um buraco negro; é um sóliton topológico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/04/2023

Esse corpo celeste esquisitão dobra o espaço-tempo, suga quase tudo ao seu alcance, mas não é um buraco negro.
[Imagem: Heidmann et al. - 10.1007/JHEP08(2022)269]

Das equações à realidade

A detecção das ondas gravitacionais em 2015 abalou o mundo da astrofísica porque representou a primeira confirmação observacional da existência dos buracos negros.

Até então, os buracos negros eram puramente construções matemáticas, corpos com uma existência hipotética cuja possibilidade era retratada por meio de equações.

Inspirada no sucesso dessa conversão de uma possibilidade teórica em uma observação real, uma equipe da Universidade Johns Hopkins, nos EUA, começou a explorar a possibilidade de outros corpos celestes que poderiam produzir efeitos gravitacionais semelhantes, mas que poderiam passar por buracos negros quando observados com os sensores ultraprecisos que usamos para detectar os buracos negros.

"Como você pode dizer que está vendo ou não um buraco negro? Não temos uma boa maneira de testar isso," justificou o professor Ibrahima Bah.

E os resultados não se fizeram esperar.

As novas simulações retratam realisticamente um objeto que a equipe chama de sóliton topológico. As simulações geram um objeto que parece a imagem borrada de um buraco negro, mas como algo totalmente diferente quando olhamos para o que deveria ser o centro totalmente escuro do buraco negro.

"Nós ficamos muito surpresos," disse o professor Pierre Heidmann, membro da equipe. "O objeto parece idêntico a um buraco negro, mas há luz saindo de seu centro escuro."

Quadro de filme mostrando os efeitos de lente gravitacional: (1) Nenhum objeto na linha de visão do observador, (2) um buraco negro e (3) o sóliton topológico.
[Imagem: Pierre Heidmann/Johns Hopkins University]

Sóliton topológico

Os sólitons são ondas que não perdem facilmente energia e nem o seu formato. O nome sóliton nasceu da expressão em inglês "solitary wave", onda solitária. Ela foi descoberta em um canal de água, mas hoje se sabe que, além de ondas, os sólitons são partículas complexas, o que tem permitido sua exploração tecnológica, sobretudo no magnetismo e na fotônica.

Para comparação, um pulso de luz - uma onda com picos e vales - quando transmitido ao longo de uma fibra óptica, tende a perder força. É como se, depois de ter percorrido um pequeno trecho, a onda de luz começasse a "ficar achatada", até desaparecer. Já o sóliton mantém suas características por um longo tempo, eventualmente precisando de uma barreira para se dissipar.

A topologia, por sua vez, é uma extensão da geometria onde dois objetos são considerados equivalentes se puderem ser continuamente deformados um no outro sem precisar cortar, furar ou rasgar.

O sóliton topológico cósmico previsto agora pelos pesquisadores distorce o espaço exatamente como um buraco negro, mas se comporta de maneira diferente de um buraco negro, embaralhando e liberando raios de luz fracos, que não escapariam da forte força gravitacional de um buraco verdadeiro.

"A luz é fortemente curvada, mas em vez de ser absorvida, como seria em um buraco negro, ela se espalha em movimentos esquisitos até que, em um ponto, volta para você de maneira caótica," detalhou Heidmann. "Você não vê uma mancha escura. Você vê muito borrão, o que significa que a luz está orbitando loucamente em torno desse estranho objeto."

Por enquanto, o corpo celeste é apenas hipotético. Mas o fato de a equipe poder construí-lo usando equações matemáticas e mostrar como ele se parece com simulações sugere que pode haver outros tipos de corpos celestes no espaço escondidos até mesmo dos melhores telescópios da Terra.

Gravidade quântica

Motivados por vários resultados da teoria das cordas, os pesquisadores descobriram uma maneira de construir sólitons topológicos usando a teoria da relatividade geral de Einstein.

Embora os sólitons não sejam previsões de objetos novos, eles servem como os melhores modelos de como os novos objetos de gravidade quântica poderiam se comportar - em comparação com os buracos negros.

Os cientistas já criaram modelos de estrelas de bósons, gravastares e outros objetos hipotéticos que poderiam exercer efeitos gravitacionais semelhantes com formas exóticas de matéria. Mas esta nova pesquisa explica as teorias dos pilares do funcionamento interno do Universo que outros modelos não conseguem: Segundo a equipe, a base para isto são equações da teoria das cordas que tentam reconciliar a mecânica quântica com a teoria da gravidade de Einstein.

"É o início de um maravilhoso programa de pesquisa," disse Bah. "Esperamos no futuro poder propor genuinamente novos tipos de estrelas ultracompactas consistindo em novos tipos de matéria a partir da gravidade quântica."

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