Pergunte a Ethan: As ondas gravitacionais podem nos deixar espiar dentro de um buraco negro?
Ilustração de um buraco negro e seu disco de acreção ao redor, acelerando e caindo. Crédito da imagem: NASA.
Se eles mudam e distorcem o espaço-tempo à medida que as ondulações passam, o que estava dentro pode realmente sair?
Encontre um lugar interior onde haja alegria, e a alegria queimará a dor.
– Joseph Campbell
Desde que o LIGO detectou diretamente as ondas gravitacionais da fusão de buracos negros, os cientistas tiveram um interesse renovado em aprender tudo sobre eles. Afinal, com novos dados, uma nova técnica e uma nova maneira de olhar para o Universo, talvez haja toda uma série de novas descobertas que agora são possíveis. Uma das propriedades fundamentais de um buraco negro, é claro, é que nada pode sair de seu horizonte de eventos por dentro, já que a velocidade de escape no interior de um buraco negro é maior que a velocidade da luz. Mas talvez isso possa ser superado? Apoiador do Patreon Robert J. Hansen quer saber se há uma maneira de ver o que está dentro:
Se a distorção do espaço-tempo pode de fato aumentar a velocidade da luz, é possível que uma onda gravitacional de passagem altere o horizonte de eventos de um buraco negro, dando-nos uma maneira de observar o conteúdo devido a um aumento temporário de c?
Vamos dar uma olhada na física e descobrir!
No espaço plano, é fácil configurar uma série infinita de observadores que concordam com a velocidade da luz em diferentes locais. Crédito da imagem: usuário do PixaBay PixelAnarchy.
Você sem dúvida já ouviu que a velocidade da luz no vácuo, a constante universal de c , é uma constante, não importa o quê. Na relatividade especial, isso é estritamente verdadeiro; se o seu espaço é completamente plano, não há como contornar isso. Você pode configurar, teoricamente, uma série infinita de observadores, espaçados a uma distância fixa, em repouso um em relação ao outro. À medida que uma onda de luz passa, a quantidade de tempo que cada observador leva para ver aquele sinal de luz é fixa: o tempo que a luz leva para ir de 1 a 2 é o mesmo de 2 a 3, de 3 a 4, e de 99 a 100. Não há discordância nem ambiguidade, então todos ficam felizes.
O espaço-tempo em nossa vizinhança local, que é curvo devido à influência gravitacional do Sol e de outras massas. Crédito da imagem: T. Pyle/Caltech/MIT/LIGO Lab.
Mas as coisas ficam mais complicadas quando você permite que o espaço seja curvo, que é a grande diferença entre a relatividade especial e a geral. Se você tentar colocar essa mesma série infinita de observadores a uma distância fixa e em repouso um em relação ao outro, eles vão lutar. Não por causa de diferenças interpessoais, mas porque suas observações não concordam umas com as outras sobre o que constitui uma distância fixa ou o que significa repouso. Quando o sinal de luz passa por cada observador, cada um mede a velocidade desse sinal para ser c , exatamente como seria de esperar, mas eles não podem concordar uns com os outros sobre o que acontece nos locais que não são seus. Não há um padrão comum de réguas e relógios que se apliquem igualmente a todos os observadores quando você permite que o espaço seja curvo.
O topo da torre do relógio real de Makkah corre alguns quadrilionésimos de segundo mais rápido do que o mesmo relógio na base, devido a diferenças no campo gravitacional. Crédito da imagem: Al Jazeera English c/o: Fadi El Benni, sob licença c.c.a.-s.a.-2.0.
Esta é a mesma razão pela qual, se você colocar um relógio atômico na parte inferior de um edifício e um relógio atômico idêntico no topo, descobrirá que eles funcionam em taxas ligeiramente diferentes. Não é que um relógio esteja com defeito; é que a curvatura diferente de zero do espaço faz com que diferentes observadores discordem sobre o que faz um bom relógio em qualquer local que não seja o seu!
Luz e ondulações no espaço; à medida que a luz passa pelo espaço não plano, muda a forma como um observador em qualquer outro local percebe a passagem do tempo para a luz. Crédito da imagem: Observatório Gravitacional Europeu, Lionel BRET/EUROLIOS.
Quando um sinal de luz passa por uma região do espaço curvo, um observador distante pode ver esse sinal movendo-se mais rápido do que c ou mais lento do que c , dependendo de quão curva ou plana a região em que estão e a região que estão observando são em relação uma à outra. Mas alguma coisa está realmente se movendo mais rápido ou mais devagar do que c ? Não; o que está acontecendo é que muitas vezes somos incapazes de medir qual é a velocidade de algo em qualquer local que não seja o nosso. O próprio Einstein observou isso em seu livro de 1920, Relatividade: a teoria especial e geral , onde uma tradução (do alemão) diz:
de acordo com a teoria da relatividade geral, a lei da constância da velocidade da luz no vácuo, que constitui um dos dois pressupostos fundamentais da teoria da relatividade especial... não pode reivindicar qualquer validade ilimitada. Uma curvatura dos raios de luz só pode ocorrer quando a velocidade de propagação da luz varia com a posição.
Agora, que tal uma onda gravitacional passageira? Ao que tudo indica, é vontade afetar todo o espaço por onde passa. Assim como as ondas gravitacionais comprimem o espaço em uma direção enquanto simultaneamente esticam a direção perpendicular de maneira oscilatória – um recurso que o LIGO aproveitou para detectá-las diretamente – elas também esticam e comprimem o horizonte de eventos de um buraco negro.
As ondas que passam dentro do horizonte de eventos dos buracos negros terão, de fato, sua energia absorvida no próprio buraco negro; assim como qualquer luz que caísse aumentaria a massa do buraco negro (convertendo energia em massa por meio de uma forma menos familiar da famosa equação de Einstein, m = E/c2 ), o mesmo acontece com a radiação gravitacional. Mas aqueles que não são absorvidos podem distorcer o espaço ao seu redor e o próprio espaço curvo - mais o mudanças no espaço curvo - certamente afetaria o tempo de viagem da luz de qualquer coisa ao seu redor. As partículas experimentam o tempo de maneira diferente nesses campos gravitacionais; o espaço parece mais longo ou mais curto dependendo da física das ondas que passam por eles; as formas de objetos físicos e construções geométricas não físicas de fato ficam distorcidas.
Qualquer objeto ou forma, física ou não física, seria distorcida à medida que as ondas gravitacionais passassem por ela. Crédito da imagem: NASA/Ames Research Center/C. Henze.
Mas em nenhum momento isso significa que o espaço que estava dentro do horizonte de eventos viaje para o exterior. Em nenhum momento uma partícula do interior encontraria seu caminho para o exterior. E em nenhum momento alguém poderia receber informações fora do buraco negro sobre o que estava acontecendo no interior. A velocidade de escape de algo bem na borda do horizonte de eventos ainda seria c , e o que você chamaria de uma mudança na velocidade da luz como um observador externo (incapaz de medir velocidades em qualquer local que não o seu) é descrito com mais precisão por uma distorção na curvatura do próprio espaço.
Quaisquer ondulações no tecido do espaço também afetariam o horizonte de eventos de um buraco negro, mas, no entanto, não permitiriam que partículas mais lentas que a luz escapassem de dentro de seu horizonte de eventos. Crédito da imagem: usuário do Wikimedia Commons Indutiveload.
O espaço dentro do horizonte de eventos pode expandir e/ou contrair à medida que uma onda gravitacional passa, mas o melhor que você pode esperar é que um fóton que de outra forma teria caído possa ter a chance de não As ondas gravitacionais não mudam o fato mais fundamental e inescapável de todos os buracos negros: nada que já está dentro sairá.
Esta postagem apareceu pela primeira vez na Forbes , e é oferecido a você sem anúncios por nossos apoiadores do Patreon . Comente em nosso fórum , & compre nosso primeiro livro: Além da Galáxia !
Compartilhar:
