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.
Representação artística de um buraco negro.Fonte: Getty Images
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.
Esquema da estrutura de um buraco negro.Fonte: ESO
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.
Representação de um buraco negro emitindo radiação e jatos relativísticos.Fonte: Getty Images
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.
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.
Representação da formação da radiação Hawking: pares de partículas virtuais se formam nas proximidades do horizonte de eventos, uma entra e outra escapa como forma de radiação.Fonte: Sky and Telescope
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.
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.