Gaurav Khanna, professor de física, UMass Dartmouth

Um dos cenários de ficção científica mais queridos é usar um buraco negro como portal para outra dimensão, tempo ou universo. Essa fantasia pode estar mais próxima da realidade do que se imaginava anteriormente.

Os buracos negros são talvez os objetos mais misteriosos do universo. São a consequência da gravidade esmagar uma estrela moribunda sem limites, levando à formação de uma verdadeira singularidade – o que acontece quando uma estrela inteira é comprimida até um único ponto, produzindo um objeto com densidade infinita.

Esta singularidade densa e quente abre um buraco na própria estrutura do espaço-tempo, possivelmente abrindo uma oportunidade para viagens no hiperespaço. Ou seja, um atalho no espaço-tempo que permite viajar por distâncias de escala cósmica num curto período.

Anteriormente, os investigadores pensavam que qualquer nave espacial que tentasse usar um buraco negro como um portal deste tipo teria de contar com o pior da natureza. A singularidade quente e densa faria com que a espaçonave suportasse uma sequência de estiramento e compressão de maré cada vez mais desconfortável antes de ser completamente vaporizada.

Voando através de um buraco negro

A minha equipa da Universidade de Massachusetts Dartmouth e um colega do Georgia Gwinnett College mostraram que todos os buracos negros não são criados iguais.

Se o buraco negro como Sagitário A*, localizado no centro da nossa galáxia, for grande e girar, então as perspectivas para uma nave espacial mudam drasticamente. Isso porque a singularidade que uma nave espacial teria de enfrentar é muito suave e poderia permitir uma passagem muito pacífica.

A razão pela qual isto é possível é que a singularidade relevante dentro de um buraco negro em rotação é tecnicamente “fraca” e, portanto, não danifica os objetos que interagem com ela. À primeira vista, este facto pode parecer contraintuitivo. Mas podemos pensar nisso como algo análogo à experiência comum de passar rapidamente o dedo pela chama de uma vela, a quase 2.000 graus, 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 no filme de grande sucesso de Christopher Nolan, “Interestelar”, decidiu testar se Cooper (personagem de Matthew McConaughey) poderia sobreviver à sua queda nas profundezas de Gargantua – um buraco negro fictício, supermassivo e de rotação rápida, com cerca de 100 milhões de vezes a massa do nosso sol.

“Interestelar” foi baseado em um livro escrito pelo astrofísico ganhador do Prêmio Nobel Kip Thorne e as propriedades físicas de Gargantua são fundamentais para o enredo deste filme de Hollywood.

Com base no trabalho realizado pelo físico Amos Ori duas décadas antes, e munida de suas fortes habilidades computacionais, Mallary construiu um modelo de computador que capturaria a maioria dos efeitos físicos essenciais em uma espaçonave, ou qualquer objeto grande, caindo em um grande e preto giratório. buraco como Sagitário A*.

Nem mesmo uma viagem acidentada?

O que ela descobriu é que, em todas as condições, um objeto que caísse num buraco negro em rotação não experimentaria efeitos infinitamente grandes ao passar pela chamada singularidade do horizonte interior do buraco.

Esta é a singularidade que um objeto que entra em um buraco negro em rotação não consegue manobrar ou evitar. Não só isso, nas circunstâncias certas, estes efeitos podem ser insignificantes, permitindo uma passagem bastante confortável através da singularidade.

Na verdade, pode não haver nenhum efeito perceptível no objeto em queda. Isto aumenta a viabilidade de usar buracos negros grandes e rotativos como portais para viagens no hiperespaço.

Mallary também descobriu uma característica que não foi totalmente apreciada antes: o facto de que os efeitos da singularidade no contexto de um buraco negro em rotação resultariam em ciclos crescentes de alongamento e compressão na nave espacial.

Mas para buracos negros muito grandes como Gargantua, a força deste efeito seria muito pequena. Portanto, a espaçonave e quaisquer indivíduos a bordo não o detectariam.

O ponto crucial é que estes efeitos não aumentam ilimitadamente; na verdade, permanecem finitos, 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 consideração está completamente isolado e, portanto, não está sujeito a perturbações constantes de uma fonte como outra estrela na sua vizinhança ou mesmo de qualquer radiação incidente.

Embora esta suposição permita simplificações importantes, vale a pena notar que a maioria dos buracos negros estão rodeados por material cósmico – poeira, gás, radiação.

Portanto, uma extensão natural do trabalho de Mallary seria realizar um estudo semelhante 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.

Escusado será dizer que ainda não temos a capacidade de realizar experiências reais dentro ou perto de buracos negros, por isso os cientistas recorrem à teoria e às simulações para desenvolver uma compreensão, fazendo previsões e novas descobertas.

Gaurav Khanna, professor de física, UMass Dartmouth

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.