Para buracos negros superdimensionados e giratórios, a singularidade que uma espaçonave teria que enfrentar seria muito gentil.
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Um dos mais queridos cenários de ficção científica é usar um buraco negro como um portal para outra dimensão, tempo ou universo. Essa fantasia pode estar mais próxima da realidade do que se imagina.
Os buracos negros são talvez os objetos mais misteriosos do universo. Eles são a consequência da gravidade esmagando uma estrela moribunda sem limite, levando à formação de uma verdadeira singularidade - que acontece quando uma estrela inteira é comprimida até um único ponto, produzindo um objeto com densidade infinita. Essa singularidade densa e quente abre um buraco no tecido do próprio espaço-tempo, possivelmente abrindo uma oportunidade para viagens hiperespaciais. Isto é, um atalho através do espaço-tempo, permitindo viajar em distâncias de escala cósmica em um curto período.
Pesquisadores pensavam que qualquer espaçonave que tentasse usar um buraco negro como portal desse tipo teria que lidar com a natureza no seu pior. A singularidade quente e densa faria com que a espaçonave suportasse uma sequência cada vez mais desconfortável de alongamento e compressão da maré antes de ser completamente vaporizada.
Voando através de um buraco negro
Minha equipe da Universidade de Massachusetts Dartmouth e um colega da Georgia Gwinnett College mostraram que todos os buracos negros não são criados iguais. Se o buraco negro como o Sagitário A *, localizado no centro da nossa própria galáxia, é grande e rotativo, então as perspectivas para uma espaçonave mudam dramaticamente. Isso porque a singularidade que uma espaçonave teria que enfrentar é muito gentil e poderia permitir uma passagem muito pacífica.
A razão pela qual isso é possível é que a singularidade relevante dentro de um buraco negro rotativo é tecnicamente "fraca" e, portanto, não danifica objetos que interagem com ele. A princípio, esse fato pode parecer contra-intuitivo. Mas pode-se pensar nisso como algo análogo à experiência comum de passar rapidamente o dedo pela chama de quase dois mil graus de uma vela, sem se queimar.
Meu colega Lior Burko e eu investigamos a física dos buracos negros há mais de duas décadas. Em 2016, meu doutorado A estudante Caroline Mallary, inspirada pelo blockbuster de Christopher Nolan, "Interstellar", decidiu testar se Cooper (personagem de Matthew McConaughey) poderia sobreviver à sua queda profunda em Gargantua - um buraco negro fictício, supermassivo e rapidamente girando cerca de 100 milhões de vezes a massa. do nosso sol. "Interstellar" foi baseado em um livro escrito pelo astrofísico ganhador do Prêmio Nobel Kip Thorne e as propriedades físicas de Gargantua são centrais para o enredo deste filme de Hollywood.
Com base no trabalho feito pelo físico Amos Ori duas décadas antes, e armado com suas fortes habilidades computacionais, Mallary construiu um modelo computacional que capturaria a maioria dos efeitos físicos essenciais em uma espaçonave, ou qualquer objeto grande, caindo em um grande preto giratório. buraco como Sagitário A *.
O planeta fictício de Miller orbitando o buraco negro Gargântua, no filme 'Interstellar'. interstellarfilm.wikia.com
Nem mesmo uma viagem atribulada?
O que ela descobriu é que, sob todas as condições, um objeto que cai em um buraco negro giratório não experimentaria efeitos infinitamente grandes sobre a passagem através da assim chamada singularidade do horizonte interior. Essa é a singularidade de que um objeto que entra em um buraco negro em rotação não pode manobrar ou evitar. Não só isso, sob as circunstâncias certas, esses efeitos podem ser insignificantemente pequenos, permitindo uma passagem bastante confortável através da singularidade. De fato, pode não haver efeitos perceptíveis no objeto em queda. Isso aumenta a possibilidade de usar buracos negros grandes e rotativos como portais para viagens no hiperespaço.
Mallary também descobriu uma característica que não era totalmente apreciada antes: o fato de que os efeitos da singularidade no contexto de um buraco negro giratório resultariam em ciclos de alongamento e compressão rápidos na espaçonave. Mas para buracos negros muito grandes como Gargântua, a força desse efeito seria muito pequena. Então, a espaçonave e quaisquer indivíduos a bordo não a detectariam.
Este gráfico mostra a tensão física na estrutura de aço da espaçonave à medida que ela cai em um buraco negro em rotação. A inserção mostra um zoom detalhado em tempos muito atrasados. O importante é notar que a tensão aumenta drasticamente perto do buraco negro, mas não cresce indefinidamente. Portanto, a espaçonave e seus habitantes podem sobreviver à jornada. Khanna / UMassD
O ponto crucial é que esses efeitos não aumentam sem limite; na verdade, elas permanecem finitas, embora as tensões na nave espacial tendam a crescer indefinidamente à medida que se aproxima do buraco negro.
Existem algumas suposições simplificadoras importantes e advertências resultantes no contexto do modelo de Mallary. A principal suposição é que o buraco negro em questão é completamente isolado e, portanto, não está sujeito a constantes perturbações por uma fonte como outra estrela em sua vizinhança ou mesmo qualquer radiação que esteja caindo. Embora essa suposição permita simplificações importantes, vale a pena notar que a maioria dos buracos negros é cercada por material cósmico - poeira, gás, radiação.
Portanto, uma extensão natural do trabalho de Mallary seria realizar um estudo similar no contexto de um buraco negro astrofísico mais realista.
A abordagem de Mallary de usar uma simulação de computador para examinar os efeitos de um buraco negro em um objeto é muito comum no campo da física dos buracos negros. É desnecessário dizer que ainda não temos a capacidade de realizar experimentos reais em buracos negros ou perto deles, então os cientistas recorrem à teoria e simulações para desenvolver uma compreensão, fazendo previsões e novas descobertas.
Gaurav Khanna , professor de física da Universidade de Massachusetts Dartmouth
Este artigo foi republicado em The Conversation sob uma licença Creative Commons.
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