Ao contrário dos buracos negros, singularidades nuas podem ser observadas diretamente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/01/2025

Comparações entre um buraco negro e uma singularidade nua, ambos produtos finais de um colapso gravitacional da matéria, dependendo das condições iniciais.
[Imagem: Sudip Bhattacharyya]

Singularidades nuas

Dois físicos indianos estão propondo a existência de uma nova entidade cósmica, uma ideia inovadora que pode mudar fundamentalmente a visão atual sobre o conteúdo do Universo - por exemplo, descartando a necessidade da matéria escura - e potencialmente fornecendo maneiras de investigar o Santo Graal da física, a gravidade quântica.

Pankaj Joshi (Universidade de Ahmedabad) e Sudip Bhattacharyya (Instituto Tata de Pesquisa Fundamental) demonstraram matematicamente que o colapso gravitacional da matéria no início do Universo pode ter dado origem a objetos pontuais incrivelmente densos, que eles chamam de "singularidades visíveis" ou "singularidades nuas", que poderiam ser responsáveis por uma significativa fração de matéria invisível do Universo.

Quando nosso Universo se originou em um evento explosivo, conhecido como Singularidade do Big Bang, os estados da matéria em termos de temperaturas, densidades e outros aspectos eram extremos. Seguindo uma proposta de 1966 de Yakov Zeldovich e Igor Novikov, Stephen Hawking sugeriu em 1971 que devem ter havido "flutuações quânticas" nessa fase inicial do Universo. Quando suficientemente fortes, essas flutuações em escala subatômica podem levar ao encolhimento gravitacional e ao colapso de partículas de matéria de altíssima densidade ali presentes. Seguindo essa linha, foi sugerido que isso criaria buracos negros primordiais no Universo primitivo, que alguns físicos suspeitam que possam ser detectados em planetoides e até em objetos comuns na Terra.

Um buraco negro é um objeto cósmico previsto pela teoria da Relatividade Geral de Einstein. Ele não tem uma superfície dura e sua matéria é quase infinitamente densa. Apesar de já ter sido proposta a existência de singularidades expostas, tipicamente considera-se que a matéria de um buraco negro, ou seja, a singularidade, está escondida dentro de uma fronteira invisível, chamada horizonte de eventos, de dentro da qual nada, nem mesmo a luz, consegue escapar. Portanto, não é possível acessar observacionalmente essa singularidade e menos ainda a região extrema dentro do horizonte de eventos, o que leva os cientistas a considerarem que buracos negros não são singularidades visíveis - as imagens de buracos negros que obtemos por interferometria são na verdade imagens da silhueta dos buracos negros.

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Existem propostas para testar a gravidade quântica em laboratório.
[Imagem: Jonas Schmoele/VCQ/University of Vienna]

Gravidade quântica e matéria escura

Em sua nova pesquisa, os professores Joshi e Bhattacharyya mostraram que o colapso gravitacional na fase inicial do Universo também pode gerar singularidades visíveis, ou nuas, onde a singularidade não é coberta por um horizonte de eventos. Assim, tais singularidades primordiais nuas, diferentemente do caso dos buracos negros, poderiam ser observacionalmente acessíveis.

E essa condição de gravidade ultraforte oferece uma oportunidade única para investigar novos aspectos fundamentais da física do Universo, incluindo a gravidade quântica. Na verdade, ainda não sabemos se a gravidade é quântica ou não, mas considera-se que a compreensão de uma muito provável gravidade quântica seja a última grande fronteira da física, a partir de onde seria possível construir uma teoria consistente envolvendo as duas grandes teorias da física do século XX: a teoria quântica e a teoria da gravidade de Einstein.

Além disso, a presença das singularidades nuas representaria um aporte de matéria hoje não considerada nos modelos do Universo, o que poderia eventualmente até mesmo eliminar a necessidade da hipotética matéria escura, já que uma parte significativa do Universo poderia ser constituída por objetos pontuais quase infinitamente densos, as singularidades nuas. Ou seja, essa possibilidade tentadora de haver singularidades visíveis permeando o Universo pode mudar a visão atual sobre o cosmos.

As singularidades nuas também poderiam revelar a física da região extrema ao redor de uma singularidade, uma região que é inacessível através dos buracos negros.

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