A radiação Hawking é um dos fenômenos físicos mais intrigantes no estudo dos buracos negros. Decerto, a física dos buracos negros já é um tema extremamente interessante e alvo de intenso estudo na comunidade científica de físicos e astrofísicos. Em particular, os estudos de efeitos que emergem da interação dessas estruturas com o universo ocupa um lugar de destaque entre esses tópicos.
Nesse sentido, um dos efeitos que mais se destaca é a radiação Hawking que foi proposta pelo físico Stephen Hawking ao considerar efeitos quânticos em um buraco negro. Decerto, esse feito diz que buracos negros devem emitir radiação similar a um objeto físico chamado de corpo negro. Entretanto, essa emissão de radiação tem origem em fundamentos da mecânica quântica que são desconexos da teoria da relatividade.
Com efeito, esse fenômeno é essencialmente grandioso pois estabelece uma primeira noção de uma possível conexão entre física quântica e a teoria da relatividade. Então, tendo isso em vista nesse artigo nós vamos explorar um pouco do fascinante fenômeno da radiação Hawking.
Entendendo um pouco sobre buracos negros
Antes de tudo, é necessário que entendamos um pouco sobre o que de fato são buracos negros. Nesse sentido é interessante discutimos um pouco sobre a formação dos mesmos. Decerto, essas estruturas são formadas quando uma estrela consome todo o seu combustível nuclear e não possui mais energia para sustentar as forças que a mantinham estável. Sob a gravidade intensa, o colapso gravitacional comprime a matéria em uma região cada vez menor, levando à formação de um buraco negro.
Em particular, a existência dos buracos negros foi primeiro concebida de forma teórica como solução das equações de Einstein pelo padre Karl Schwarzschild. Com efeito, a compreensão dos buracos negros é regida pela teoria geral da relatividade de Einstein, a qual descreve a gravidade como a curvatura do espaço tempo causada pela presença de massa e energia. Nos buracos negros, a curvatura do espaço tempo é tão acentuada que gera um poço gravitacional profundo e distorce o tempo. Essa gravidade extrema é responsável por atrair tudo o que está próximo, incluindo a luz.
Atualmente, a compreensão teórica dos buracos negros pela teoria de Albert Einstein já é um fato científico concreto. Com efeito, já houve a detecção de um buraco negro, inclusive com registro em imagem de um buraco negro feito pela Evente Horizon Telescope. Decerto, a imagem a seguir fora obtidas pelos estudos desse grupo de pesquisa observacional.
Por que buracos negros são interessantes?
Os buracos negros são objetos cósmicos extremamente fascinantes e intrigantes que despertam grande interesse e curiosidade na comunidade científica e no público em geral. Ademais, eles também possuem características interessantes que perpassam o simples prazer e desejo acadêmico de explorá-los.
Com efeito, há uma ideia que permeia esse assunto que é a extração de energia de um buraco negro. Decerto, essa ideia só fora explorada teoricamente, mas até o momento não existem métodos práticos conhecidos para realizar essa tarefa. A energia potencialmente disponível em um buraco negro está ligada à sua massa e à sua taxa de rotação, mas os desafios técnicos e físicos para extrair essa energia são imensos.
A teoria da radiação Hawking
Isso significa que podemos agora introduzir um pouco das ideias que sustentam a teoria da radiação de Stephen Hawking. Decerto, Hawking apresentou a teoria da radiação Hawking em 1974 originando diversas modificações nas percepções do entendimento dos buracos negros. Essa teoria afirma que, embora os buracos negros não sejam totalmente “negros”, eles emitem radiação térmica como resultado dos efeitos quânticos que ocorrem próximo ao horizonte de eventos.
A teoria quântica afirma que o vácuo quântico constrói continuamente pares de partículas virtuais que surgem e desaparecem rapidamente. Pares podem cruzar o horizonte e ser capturados pelo buraco negro enquanto o outro escapa para o espaço exterior. Isso leva à perda de energia do buraco.
Nós chamamos essa radiação por radiação Hawking. Com efeito, ter uma temperatura que é inversamente proporcional à massa do buraco negro e um espectro térmico comparável ao de um corpo negro é sua característica distintiva. Isso significa que buracos negros menores têm temperaturas mais altas e emitem radiação mais forte.
A radiação Hawking tem efeitos significativos na evolução dos buracos negros. Eles perdem massa e energia à medida que emitem radiação. Com o tempo, sua massa diminui lentamente. Buracos negros de massa suficientemente pequena podem até mesmo evaporar completamente, deixando para trás apenas a radiação.
Evidências e estudos sobre a radiação Hawking
Decerto, esse fenômeno é fascinante e desafia as ideias e percepções que temos sobre as grandes estruturas do universo. Todavia, ainda não conseguimos realizar algum experimento que evidenciasse a existência concreta da radiação Hawking. Entretanto, há algumas evidências teóricas que apontam sua existência.
Em particular, os cálculos feitos por Hawking mostraram que a temperatura da radiação emitida por Hawking seria inversamente proporcional à massa do buraco negro e teria um espectro térmico semelhante ao de um corpo negro. Isso indica que buracos negros menores emitiriam radiação mais intensa e teriam temperaturas mais altas.
Essa radiação teria uma influência substancial na evolução dos buracos negros. À medida que liberam radiação Hawking, eles perdem massa e energia. Como consequência disso, sua massa diminui gradualmente ao longo do tempo. Buracos negros de massa suficientemente pequena podem até mesmo evaporar totalmente, deixando apenas a radiação para trás.
Físicos teóricos têm estudado os efeitos da radiação Hawking na termodinâmica dos buracos negros, nas características da informação e na maneira de resolver a famosa “crise da informação” relacionada aos buracos negros.
Apesar de todas as evidências teóricas e indiretas, a detecção direta da radiação Hawking continua sendo um obstáculo. A radiação é uma energia muito frágil, por isso é necessário usar equipamentos sensíveis e observar comprimentos de onda específicos, como raios X ou radiação gama, para detectá-la.
Referências
- Hawking, S. W. (1974). Black hole explosions? Nature, 248(5443), 30-31.
- Hawking, S. W. (1975). Particle creation by black holes. Communications in Mathematical Physics, 43(3), 199-220.
- Universidade de Cambridge. (s.d.). Stephen Hawking’s Discoveries. Recuperado de: https://www.cam.ac.uk/research/news/stephen-hawkings-discoveries
- Perimeter Institute for Theoretical Physics. (s.d.). Black Holes and Hawking Radiation. Recuperado de: https://www.perimeterinstitute.ca/research/researchers/seminars-and-public-talks/black-holes-and-hawking-radiation
