Pergunte a Ethan: a matéria poderia escapar do horizonte de eventos durante uma fusão do buraco negro?
Mesmo que os buracos negros devam ter discos de acreção e matéria caindo deles, não parece ser possível escapar de dentro do horizonte de eventos depois de atravessar. Alguma coisa poderia mudar isso? Crédito da imagem: NASA / Dana Berry (Skyworks Digital).
Nada pode escapar de um buraco negro... mas outro buraco negro poderia extrair algo?
Uma vez que você cai no horizonte de eventos de um buraco negro, você nunca pode escapar. Não há velocidade na qual você possa viajar, nem mesmo a velocidade da luz, que permita que você saia. Mas na Relatividade Geral, o espaço é curvado pela presença de massa e energia, e a fusão de buracos negros é um dos cenários mais extremos de todos. Existe alguma maneira de você cair em um buraco negro, cruzar o horizonte de eventos e depois escapar quando o horizonte de eventos do seu buraco negro for distorcido por uma fusão massiva? Essa é a pergunta de Chris Mitchell, que pergunta:
Se dois buracos negros se fundem, é possível que a matéria que estava dentro do horizonte de eventos de um buraco negro escape? Poderia escapar e migrar para o outro (buraco negro mais massivo)? Que tal fugir para fora de ambos os horizontes?
É uma ideia maluca, com certeza. Mas é louco o suficiente para funcionar? Vamos descobrir.
Quando uma estrela massiva o suficiente termina sua vida, ou dois remanescentes estelares massivos o suficiente se fundem, um buraco negro pode se formar, com um horizonte de eventos proporcional à sua massa e um disco de acreção de matéria em queda ao seu redor. Crédito de imagem: ESA/Hubble, ESO, M. Kornmesser.
A maneira como você forma um buraco negro é tipicamente a partir do colapso do núcleo de uma estrela massiva, seja após uma explosão de supernova, uma fusão de estrelas de nêutrons ou através de um colapso direto. Até onde sabemos, todo buraco negro é formado a partir de matéria que já foi parte de uma estrela e, portanto, de muitas maneiras, os buracos negros são o remanescente estelar final. Alguns buracos negros se formam isoladamente; outros formam parte de um sistema binário ou mesmo um com múltiplas estrelas. Com o tempo, os buracos negros podem não apenas inspirar e se fundir, mas também devorar outras matérias que caem dentro do horizonte de eventos.
Em um buraco negro de Schwarzschild, cair leva você à singularidade e à escuridão. Não importa em qual direção você viaje, como você acelera, etc., um cruzamento no horizonte de eventos significa um encontro inevitável com uma singularidade. Crédito da imagem: (Ilustração) ESO, ESA/Hubble, M. Kornmesser.
Quando qualquer coisa cruza o horizonte de eventos de um buraco negro do lado de fora, essa matéria está imediatamente condenada. Inevitavelmente, em questão de segundos, ele encontrará a singularidade no centro de um buraco negro: um único ponto para um buraco negro não rotativo e um anel para um rotativo. O próprio buraco negro não terá memória de quais partículas caíram ou qual era seu estado quântico. Em vez disso, tudo o que restará, em termos de informação, é qual é a massa total, carga e momento angular do buraco negro agora.
Nos estágios finais de pré-fusão, o espaço-tempo em torno de um par de buracos negros será distorcido, pois a matéria continua a cair em ambos os buracos negros do ambiente circundante. Em nenhum momento parece que qualquer coisa terá a oportunidade de escapar de dentro para fora de um horizonte de eventos. Crédito da imagem: NASA/Ames Research Center/C. Henze.
Então você pode imaginar um cenário, então, onde a matéria cai em um buraco negro durante os estágios finais de pré-fusão, quando um buraco negro está prestes a se combinar com outro. Como sempre se espera que os buracos negros tenham discos de acreção e, em todo o espaço interestelar, haja material simplesmente passando, você deve ter partículas cruzando o horizonte de eventos o tempo todo. Essa parte é óbvia e, portanto, faz sentido considerar uma partícula que acabou de entrar no horizonte de eventos antes dos momentos finais de uma fusão.
Poderia escapar? Poderia saltar de um buraco negro para o outro? Vamos examinar a situação de uma perspectiva do espaço-tempo.
Simulação de computador de dois buracos negros em fusão e as distorções do espaço-tempo que eles causam. Enquanto as ondas gravitacionais são emitidas copiosamente, não se espera que a matéria em si escape. Crédito da imagem: Werner Benger, cc by-sa 4.0.
Quando dois buracos negros se fundem, eles o fazem somente após um longo período de inspiração, onde a energia é irradiada por meio de ondas gravitacionais. Levando aos momentos finais pré-fusão, a energia é irradiada. Mas isso não faz com que o horizonte de eventos de nenhum dos buracos negros encolha; em vez disso, essa energia vem do espaço-tempo na região do centro de massa, ficando cada vez mais deformada. É o mesmo que roubar energia do planeta Mercúrio; ele orbitaria mais perto do Sol, mas nenhuma propriedade de Mercúrio ou do Sol precisaria mudar.
No entanto, quando os momentos finais da fusão estão chegando, os horizontes de eventos dos dois buracos negros são deformados pela presença gravitacional um do outro. Felizmente, relativistas numéricos já trabalharam exatamente como essa fusão afeta os horizontes de eventos e é espetacularmente informativo.
Apesar do fato de que até ~ 5% da massa total pré-fusão dos buracos negros pode ser irradiada na forma de ondas gravitacionais, você notará que os horizontes de eventos nunca encolhem; eles simplesmente aumentam uma conexão, distorcem um pouco e então aumentam o volume total. Esse último ponto é importante: se eu tiver dois buracos negros de massa igual, seus horizontes de eventos ocupam uma certa quantidade de volume no espaço. Se eu os fundir para criar um único buraco negro com o dobro da massa dos dois originais, a quantidade de volume ocupada pelo horizonte de eventos é agora quatro vezes o volume original dos buracos negros combinados. A massa de um buraco negro é diretamente proporcional ao seu raio, mas o volume é proporcional ao raio ao cubo .
Embora tenhamos descoberto muitos buracos negros, observe que o raio do horizonte de eventos de cada um é diretamente proporcional à sua massa. O dobro da massa, o dobro do raio, mas isso significa que a área aumenta quatro vezes e o volume aumenta oito vezes! Crédito da imagem: LIGO/Caltech/Sonoma State (Aurore Simonnet).
Acontece que, mesmo que você mantivesse uma partícula o mais estacionária possível dentro de um buraco negro e a fizesse cair em direção à singularidade o mais lentamente possível, não há como ela sair. O volume total dos horizontes de eventos combinados durante uma fusão de buracos negros aumenta, não diminui, e não importa qual seja a trajetória de uma partícula que cruza o horizonte de eventos, está sempre destinada a ser engolida pela singularidade combinada de ambos os buracos negros juntos .
Em muitos cenários de colisão em astrofísica, há material ejetado, onde a matéria de dentro de um objeto escapa durante um evento cataclísmico. Mas no caso da fusão de buracos negros, tudo de dentro permanece dentro; a maior parte do que estava do lado de fora é sugada; e apenas um pouco do que estava do lado de fora poderia escapar. Uma vez que você cai, você está condenado, e nada que você jogue naquele buraco negro – mesmo outro buraco negro – vai mudar isso!
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Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .
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