Há sinais de “outras dimensões” no material expelido pelos buracos negros

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EHT Collaboration

A primeira retrato de um buraco preto.

Desvendar as propriedades e o comportamento do Universo nos buracos negros, onde o espaço-tempo se curva abruptamente, oferece desafios insólitos.

Estamos diante dos aspetos quânticos da sisudez. Neles, procuramos sinais de outras dimensões, além das quatro que já conhecemos. Porque é que acreditamos que possam subsistir?

A sisudez é uma força muito familiar, mas não se enquadra nas fórmulas clássicas da Física conhecida. Não conseguimos explicar porque é que ela é muito mais fraca que as outras forças fundamentais.

Explicar essa singularidade — a fraqueza da sisudez — foi o que nos levou a procurar esses sinais que confirmem a existência de outras dimensões. Essas dimensões adicionais podem estar a afetar a sisudez e ser o motivo da sua fraqueza.

Por isso, os jatos de material expelidos pelos buracos negros podem ser a chave para encontrar sinais da existência dessas outras dimensões.

Se encontrarmos evidências de dimensões exóticas do espaço-tempo além daquelas quatro que conhecemos (três espaciais e uma temporal), poderemos caracterizar a sisudez, compreendê-la e resolver alguns dos mistérios mais profundos da ciência — entre eles, a expansão do Universo.

Dimensões muito grandes ou muito pequenas

Se existirem outras dimensões, não devem ocasionar efeito sobre o nosso dia a dia. Mas existem teorias em que as dimensões adicionais do espaço-tempo são necessárias para unificar a Física porquê a conhecemos.

A teoria das cordas defende a existência de pelo menos dez dimensões. Ela considera as três dimensões espaciais conhecidas, o tempo e outras seis que, segundo se supõe, formam um espaço muito pequeno ou muito grande.

Essas dimensões adicionais podem ser tão pequenas (inferior da graduação de Planck, quase a 10-35 metros) que são impercetíveis, mesmo com a precisão atingida pelas experiências atuais mais avançadas, porquê o Grande Colisor de Hadrões (LHC, na {sigla} em inglês). Ou elas podem ser muito grandes, de forma que não teríamos aproximação por estarmos restritos a viver numa folha quadridimensional dentro desse Universo de dimensões adicionais.

É neste último cenário que os cientistas desenvolveram um padrão para procurar os efeitos das dimensões adicionais nos jatos emitidos pelos buracos negros.

Os jatos expelidos pelos buracos negros

Um enorme número de buracos negros no Universo emite feixes de material relativa, conhecidos porquê jatos.

A precisão com que os telescópios têm registado dados sobre jatos de buracos negros nos últimos dois anos é assombrosa — por exemplo, o telescópio espacial James Webb, o Telescópio do Horizonte de Eventos e o Observatório Espacial Europeu.

Com esses dados obtidos, numa novidade teoria proposta pendurado de publicação, cientistas analisam a possibilidade dos efeitos das dimensões adicionais sobre esses jatos de material.

Uma vez que esperamos que a sisudez ocupe todas as dimensões existentes, os seus efeitos poderiam ser observados nos jatos. Com isso, os feixes dos buracos negros tornam-se canais mormente promissores para a sua deteção.

Seriam estes modelos a chave para desmentir ou confirmar a existência de dimensões adicionais do espaço-tempo?

Os rastos de outras dimensões

Para poder prescrever os efeitos das dimensões do espaço-tempo em feixes de buracos negros, primeiramente devemos elaborar as soluções desses modelos. Para isso, os investigadores criaram o primeiro padrão para verificar porquê a provável existência de dimensões adicionais afetaria os feixes de buracos negros que observamos atualmente.

Se existirem, essas dimensões adicionais afetariam a rotação do buraco preto? Reduziriam a sua eficiência para enunciar feixes de robustez? Aplicando o padrão, encontraram-se dois efeitos distintos.

Quanto à rotação do buraco preto, foi encontrada a mesma subordinação que em quatro dimensões e menor eficiência do fluxo energético. Isto significa que, à medida que os feixes de robustez emitidos pelos buracos negros giratórios propagam-se pelas cinco dimensões espaço-temporais do novo padrão, a sua potência continua a ter a mesma subordinação do parâmetro de rotação do buraco preto em quatro dimensões.

Por isso, leste aspeto um tanto inesperado das soluções não permite diferenciar entre quatro e cinco dimensões. Não serve para provar a existência de dimensões adicionais.

Mas o segundo efeito é mais promissor. Se considerarmos a existência de outras dimensões, ocorre redução da eficiência do buraco preto para enunciar feixes de robustez.

Para responder à pergunta, é preciso amplificar uma dificuldade suplementar. Os jatos porquê conhecemos atualmente possuem eficiência maior que a esperada segundo os modelos clássicos de quatro dimensões.

Isso pareceria indicar que os modelos com mais dimensões deveriam ser desconsiderados. Mas ainda existem muitos parâmetros a serem analisados. Nos próximos anos, os novos telescópios que estão agora a recolher dados fornecerão maior precisão para caracterizar a região de emissão de tamanho dos buracos negros.

Os cientistas esperam poder logo realmente confrontar os modelos teóricos de dimensões espaço-temporais que foram criados.

Einstein demonstrou a existência dos buracos negros com fórmulas matemáticas. Eram somente soluções fictícias escritas em papel. Décadas depois, os cientistas conseguiram provar a sua existência e até fotografá-los.

Da mesma forma, os modelos teóricos de vários tipos servirão para provar a existência ou inexistência de outras dimensões. E, talvez um dia, possamos encontrar a primeira porta para outra dimensão no jato de um buraco preto.

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