Buracos negros podem se dividir em dois? A Física diz que sim

Buracos negros podem se fundir quando dois desses objetos se aproximam e formam um único buraco negro maior. Mas um novo estudo investiga a possibilidade inversa: um único buraco negro se dividir em dois menores. A pesquisaanalisa se esse processo é aceito pela Relatividade Geral.

O estudo estuda uma configuração do espaço-tempo através de uma área chamada Topologia. A configuração com um formato de “calça” representa matematicamente uma estrutura que passa de uma região para duas. O horizonte de eventos teria uma estrutura compatível com a separação em dois horizontes.

A possibilidade depende de condições físicas extremas, incluindo a rotação do buraco negro e as propriedades geométricas do espaço-tempo. Buracos negros em rotação são descritos pela solução de Kerr, que estabelece limites para o momento angular em relação à massa.

Buracos negros de Kerr

Buracos negros de Kerr são soluções das equações da Relatividade Geral que descrevem buracos negros em rotação, caracterizados por sua massa e seu momento angular. A geometria do espaço-tempo ao redor de um objeto de Kerr é influenciada pelo seu movimento, produzindo efeitos como o frame-dragging.

A solução de Kerr estabelece um limite para a rotação. Quando a rotação se aproxima desse limite, os efeitos relativísticos tornam-se mais intensos e a geometria do espaço-tempo assume outras características. Geralmente, esse limite está relacionado à velocidade da luz.

Por que buracos negros não se dividem?

Se buracos negros conseguem se unir para formar um só, por que eles não se dividem para formar dois? A resposta disso é devido às restrições impostas pela termodinâmica. Eles possuem entropia e, no caso dos buracos negros, a entropia é proporcional à área do horizonte de eventos.

Para um buraco negro sem rotação, a divisão em dois buracos negros menores reduziria a entropia total, tornando o processo termodinamicamente impossível. Essa restrição está relacionada à segunda lei da termodinâmica, segundo a qual a entropia total não deve diminuir em um processo físico isolado.

Condição extrema

Entretanto, buracos negros em rotação rápida podem apresentar condições diferentes. Os cálculos do estudo indicam que a rotação extrema pode abrir uma possibilidade para a divisão de um buraco negro em dois menores. No entanto, os dois objetos também precisam conseguir se afastar sem voltar a se fundir.

Nesse cenário, o horizonte de eventos teria uma geometria semelhante à de uma calça ao longo do tempo: uma região se dividiria em duas partes, cada uma associada a um novo buraco negro. Essa configuração dá origem ao termo topologia em “calça” que é usado no estudo.

Outras condições

O estudo também estuda outras possibilidades e outras condições que admitem dimensões espaciais adicionais além das três conhecidas. Em algumas dessas teorias, objetos semelhantes a buracos negros podem desenvolver instabilidades que causariam sua fragmentação.

Sob determinadas condições, a divisão pode ser termodinamicamente possível, sobretudo quando um dos buracos negros resultantes é muito menor que o outro. A probabilidade desse processo depende de como a gravidade se comporta em teorias que vão além da Relatividade Geral.