Astrônomos confirmam teorema de hawking sobre buracos negros

Astrônomos obtiveram novas evidências que corroboram um teorema fundamental sobre buracos negros, utilizando dados recentes de ondas gravitacionais. A observação confirma uma previsão teórica que até então não havia sido testada de forma tão rigorosa.

Na década de 1970, o físico Stephen Hawking introduziu a termodinâmica de buracos negros, um conceito que conecta propriedades como temperatura, entropia e energia desses objetos cósmicos. Essa teoria estabelece uma ponte entre a relatividade geral e a mecânica quântica.

Um dos resultados mais emblemáticos dessa área é a radiação de Hawking, que postula que buracos negros podem emitir radiação. No entanto, um dos pilares mais importantes é o Teorema da Área, que afirma que a área total do horizonte de eventos nunca diminui durante a fusão de dois buracos negros. Em outras palavras, a área do buraco negro resultante deve ser igual ou maior que a soma das áreas dos buracos negros originais. Este princípio se assemelha à segunda lei da termodinâmica, que estabelece que a entropia de um sistema fechado nunca diminui.

Um estudo recente analisou dados de ondas gravitacionais para testar o Teorema da Área de forma observacional. Ao analisar os sinais gerados por fusões reais de buracos negros, os pesquisadores conseguiram estimar as áreas dos buracos negros antes e depois da colisão. Os resultados confirmaram a validade do teorema, representando a segunda verificação desse princípio fundamental e se aproximando do nível de confiança de 5σ.

Termodinâmica de buracos negros

A termodinâmica de buracos negros, proposta por Stephen Hawking, revela que esses objetos possuem temperatura, entropia e obedecem a leis semelhantes às de sistemas térmicos comuns. A área se baseia em quatro teoremas que são análogos às leis da termodinâmica clássica.

Embora não seja um dos teoremas centrais, a radiação de Hawking é um resultado importante e amplamente conhecido da termodinâmica de buracos negros.

Os quatro teoremas da área foram construídos de forma análoga às quatro leis da termodinâmica clássica. O teorema zero afirma que a gravidade da superfície é constante em todo o horizonte de um buraco negro em equilíbrio. O primeiro teorema relaciona massa, área, rotação e carga. O segundo teorema é o Teorema da Área. O último teorema diz que é impossível reduzir a gravidade da superfície a zero por processos físicos.

Teorema da Área

O Teorema da Área postula que a área total do horizonte de eventos de um buraco negro nunca diminui durante a fusão de buracos negros. A área do buraco negro resultante deve ser igual ou maior que a soma das áreas dos buracos negros originais. Essa afirmação, embora pareça intuitiva, possui uma explicação mais profunda, pois a área do horizonte de eventos está intrinsecamente ligada à entropia do buraco negro. Essa conexão se alinha com a segunda lei da termodinâmica, que exige que a entropia total do universo não diminua.

Durante uma fusão, o buraco negro resultante não possui uma massa igual à soma das massas originais. Isso ocorre porque parte da energia do sistema é irradiada na forma de ondas gravitacionais. Consequentemente, a massa final é menor que a soma das massas originais, mas a área do horizonte de eventos ainda é maior do que a soma das áreas dos buracos negros originais. O teorema também demonstra que a área não depende apenas da massa, mas também da geometria do buraco negro.

Confirmação do teorema

Pesquisadores analisaram dados de ondas gravitacionais geradas durante a fusão de dois buracos negros, um evento denominado GW230814. Ao medir as massas e rotações dos objetos antes e depois da fusão, os cientistas puderam calcular as áreas dos horizontes de eventos. Os resultados mostraram que a área final não diminuiu, confirmando a previsão do Teorema da Área.

Essa é a segunda verificação do Teorema da Área, e a primeira vez que se aproxima do nível de confiança de 5σ. O estudo confirmou o teorema com 99,5% de confiança, um aumento em relação a trabalhos anteriores. Embora o resultado ainda não tenha alcançado o limiar de 5σ (99,99994%), ele representa uma forte evidência de que a área do horizonte de eventos nunca diminui.

Por que a confiança de 5σ é importante?

Novas observações serão necessárias para atingir o nível de confiança de 5σ, o padrão na astronomia para declarar uma descoberta. Esse nível de confiança corresponde a uma probabilidade extremamente baixa de que o resultado seja fruto do acaso, garantindo que o fenômeno observado não seja apenas uma flutuação estatística.

Em áreas onde os sinais são fracos e as medições dependem de análises estatísticas complexas, esse nível de confiança é fundamental. Além disso, fenômenos astrofísicos costumam ser únicos e impossíveis de reproduzir em laboratório. Assim, o 5σ atua como um filtro contra falsos positivos, e resultados abaixo desse limite podem ser atribuídos ao acaso.

Fonte: www.tempo.com