De acordo com a teoria geral da relatividade de Einstein, os buracos negros têm apenas três propriedades observáveis: massa, spin (momento angular) e carga . Características adicionais, ou, como os físicos os chamam, "cabelo", não existem.
Para explicar a ideia, imagine gêmeos idênticos. Eles têm o mesmo genótipo, são cópias genéticas, mas mesmo esses gêmeos diferem em muitas coisas: do temperamento ao estilo de cabelo. Os buracos negros, de acordo com a teoria da gravidade de Albert Einstein, podem ter apenas três características: massa, rotação e carga. Se esses valores forem iguais para quaisquer dois buracos negros, então eles serão idênticos, será impossível distinguir um do outro. Os buracos negros não têm cabelo.
"De acordo com a relatividade geral clássica, esses buracos negros seriam absolutamente idênticos", observa Paul Chesler , um físico teórico da Universidade de Harvard.
No entanto, os cientistas estão se perguntando se o teorema sem cabelo é verdadeiro. Em 2012, o matemático Stefanos Aretakis , então na Universidade de Cambridge e agora na Universidade de Toronto, sugeriu que alguns buracos negros podem ter instabilidades no horizonte de eventos.
As instabilidades dariam a algumas partes do horizonte do buraco negro uma atração gravitacional mais forte do que outras. Acontece que, neste caso, mesmo buracos negros idênticos serão distinguível .
No entanto, as equações de Aretakis mostraram que isso só é possível para os chamados buracos negros extremos - aqueles que têm o maior valor possível de massa, spin ou carga. E, de acordo com Chesler, esses buracos negros não podem existir na natureza.
Mas digamos que exista um buraco negro quase extremo que se aproxime dos valores máximos, mas não os alcance. Esse buraco negro poderia existir, pelo menos em teoria. Isso refutaria o teorema do não cabelo?
Um relatório divulgado no final de janeiro mostrou que isso é possível.
Além disso, os detectores de ondas gravitacionais terrestres podem detectar esse tipo de cabelo.
“Aretakis sugeriu que há algumas informações que permanecem no horizonte”, comentou Gaurav Hanna , físico da Universidade de Massachusetts e da Universidade de Rhode Island, um dos co-autores do estudo.
Os cientistas especulam que as evidências da formação de buracos negros ou distúrbios posteriores do horizonte de eventos (como material caindo em um buraco negro) podem criar instabilidade gravitacional no ou perto do horizonte de eventos do buraco negro quase extremo.
“Presumimos que o sinal gravitacional que detectamos será muito diferente dos buracos negros comuns, que não são extremos”, diz Hanna.
Se os buracos negros têm cabelo, alguma informação sobre seu passado é retida - isso afetará o famoso paradoxo da informação dos buracos negros , formulado por Stephen Hawking, conforme observou Leah Medeiros , astrofísica do Instituto de Estudos Avançados de Princeton.
Este paradoxo revela um conflito fundamental entre a relatividade geral e a mecânica quântica, os dois pilares da física do século XX.
Se refutarmos uma das condições do paradoxo da informação, podemos resolver o próprio paradoxo. Uma das condições é o teorema sem cabelo.
As implicações desta descoberta serão significativas. “Se pudermos provar que o espaço-tempo real de um buraco negro fora do buraco negro é diferente do que esperamos ver, então acho que fará uma diferença realmente enorme para a relatividade geral”, disse Medeiros, co-autor do artigo de outubro relatório. , que se concentra em se a geometria observada dos buracos negros corresponde às suposições.
Talvez a parte mais emocionante do estudo, no entanto, é que ele abre caminho para como combinar observações de buracos negros e física fundamental. Encontrar fios de cabelo em buracos negros talvez nos laboratórios astrofísicos mais extremos do universo pode permitir que idéias como a teoria das cordas e a gravidade quântica sejam exploradas de maneiras que nunca foram possíveis antes.
Acontece que as equações de Einstein são tão complexas que descobrimos novas propriedades a cada ano.
Paul Chesler
“Um dos grandes problemas da teoria das cordas e da gravidade quântica é que essas suposições são difíceis de testar”, diz Medeiros, “então, se temos algo que pode ser verificado, mesmo que remotamente, é incrível.”
No entanto, também existem obstáculos sérios. Não há certeza sobre a existência de buracos negros quase extremos. Segundo Chesler, os melhores modelos do momento tendem a formar buracos negros 30% diferentes dos valores extremos. E mesmo que furos quase extremos existam, não está totalmente claro se os detectores de ondas gravitacionais são sensíveis o suficiente para detectar instabilidade no cabelo.
Além disso, o cabelo é considerado extremamente fugaz, durando uma fração de segundo.
Mas o relatório em si parece sólido. “Não creio que ninguém na comunidade duvide disso”, disse Chesler.
O próximo passo é ver quais sinais estaremos detectando com detectores de ondas gravitacionais: atualmente estamos trabalhando com LIGO e Virgo, mas novos instrumentos estão sendo lançados, por exemplo, LISA, um experimento conjunto da Agência Espacial Europeia e NASA no estudo das ondas gravitacionais.
“Agora devemos confiar no trabalho deles e realmente calcular qual será a frequência da radiação gravitacional. É importante entender como podemos medir e identificá-lo ”, diz Helvi Vitek , astrofísico da Universidade de Illinois, Urbana-Champaign.
Embora as chances de encontrar cabelo não sejam tão grandes, tal descoberta lançaria dúvidas sobre a teoria da relatividade geral de Einstein e provaria a existência de buracos negros quase extremos.
“Gostaríamos de saber se a natureza permite que tal besta exista”, diz Hannah.