613: Há sinais de “outras dimensões” no material expelido pelos buracos negros

CIÊNCIA/ASTRONOMIA/ASTROFÍSICA

Desvendar as propriedades e o comportamento do Universo nos buracos negros, onde o espaço-tempo se curva abruptamente, oferece desafios insólitos.

EHT Collaboration
A primeira fotografia de um buraco negro.

Estamos diante dos aspectos quânticos da gravidade. Neles, procuramos sinais de outras dimensões, além das quatro que já conhecemos. Porque é que acreditamos que possam existir?

A gravidade é uma força muito familiar, mas não se enquadra nas fórmulas clássicas da Física conhecida. Não conseguimos explicar porque é que ela é muito mais fraca que as outras forças fundamentais.

Explicar essa singularidade — a fraqueza da gravidade — foi o que nos levou a procurar esses sinais que confirmem a existência de outras dimensões. Essas dimensões adicionais podem estar a afectar a gravidade e ser o motivo da sua fraqueza.

Por isso, os jactos de matéria expelidos pelos buracos negros podem ser a chave para encontrar sinais da existência dessas outras dimensões.

Se encontrarmos evidências de dimensões exóticas do espaço-tempo além daquelas quatro que conhecemos (três espaciais e uma temporal), poderemos caracterizar a gravidade, compreendê-la e resolver alguns dos mistérios mais profundos da ciência — entre eles, a expansão do Universo.

Dimensões muito grandes ou muito pequenas

Se existirem outras dimensões, não devem causar efeito sobre o nosso dia a dia. Mas existem teorias em que as dimensões adicionais do espaço-tempo são necessárias para unificar a Física como a conhecemos.

A teoria das cordas defende a existência de pelo menos dez dimensões. Ela considera as três dimensões espaciais conhecidas, o tempo e outras seis que, segundo se supõe, formam um espaço muito pequeno ou muito grande.

Essas dimensões adicionais podem ser tão pequenas (abaixo da escala de Planck, quase a 10-35 metros) que são imperceptíveis, mesmo com a precisão atingida pelas experiências actuais mais avançadas, como o Grande Colisor de Hadrões (LHC, na sigla em inglês).

Ou elas podem ser muito grandes, de forma que não teríamos acesso por estarmos restritos a viver numa folha quadridimensional dentro desse Universo de dimensões adicionais.

É neste último cenário que os cientistas desenvolveram um modelo para procurar os efeitos das dimensões adicionais nos jactos emitidos pelos buracos negros.

Os jactos expelidos pelos buracos negros

Um enorme número de buracos negros no Universo emite feixes de matéria relativa, conhecidos como jactos.

A precisão com que os telescópios têm registado dados sobre jactos de buracos negros nos últimos dois anos é assombrosa — por exemplo, o telescópio espacial James Webb, o Telescópio do Horizonte de Eventos e o Observatório Espacial Europeu.

Com esses dados obtidos, numa nova teoria proposta pendente de publicação, cientistas analisam a possibilidade dos efeitos das dimensões adicionais sobre esses jactos de matéria.

Como esperamos que a gravidade ocupe todas as dimensões existentes, os seus efeitos poderiam ser observados nos jactos. Com isso, os feixes dos buracos negros tornam-se canais especialmente promissores para a sua detecção.

Seriam estes modelos a chave para desmentir ou confirmar a existência de dimensões adicionais do espaço-tempo?

Os rastos de outras dimensões

Para poder determinar os efeitos das dimensões do espaço-tempo em feixes de buracos negros, primeiramente devemos elaborar as soluções desses modelos.

Para isso, os investigadores criaram o primeiro modelo para verificar como a possível existência de dimensões adicionais afectaria os feixes de buracos negros que observamos actualmente.

Se existirem, essas dimensões adicionais afectariam a rotação do buraco negro? Reduziriam a sua eficácia para emitir feixes de energia? Aplicando o modelo, encontraram-se dois efeitos distintos.

Quanto à rotação do buraco negro, foi encontrada a mesma dependência que em quatro dimensões e menor eficácia do fluxo energético. Isto significa que, à medida que os feixes de energia emitidos pelos buracos negros giratórios propagam-se pelas cinco dimensões espaço-temporais do novo modelo, a sua potência continua a ter a mesma dependência do parâmetro de rotação do buraco negro em quatro dimensões.

Por isso, este aspecto um tanto inesperado das soluções não permite diferenciar entre quatro e cinco dimensões. Não serve para demonstrar a existência de dimensões adicionais.

Mas o segundo efeito é mais promissor. Se considerarmos a existência de outras dimensões, ocorre redução da eficácia do buraco negro para emitir feixes de energia.

Para responder à pergunta, é preciso acrescentar uma dificuldade adicional. Os jactos como conhecemos actualmente possuem eficácia maior que a esperada segundo os modelos clássicos de quatro dimensões.

Isso pareceria indicar que os modelos com mais dimensões deveriam ser desconsiderados. Mas ainda existem muitos parâmetros a serem analisados. Nos próximos anos, os novos telescópios que estão agora a recolher dados fornecerão maior precisão para caracterizar a região de emissão de massa dos buracos negros.

Os cientistas esperam poder então realmente comparar os modelos teóricos de dimensões espaço-temporais que foram criados.

Einstein demonstrou a existência dos buracos negros com fórmulas matemáticas. Eram apenas soluções fictícias escritas em papel. Décadas depois, os cientistas conseguiram comprovar a sua existência e até fotografá-los.

Da mesma forma, os modelos teóricos de vários tipos servirão para demonstrar a existência ou inexistência de outras dimensões. E, talvez um dia, possamos encontrar a primeira porta para outra dimensão no jacto de um buraco negro.

ZAP // The Conversation
7 Novembro, 2022