Um buraco negro pode se dividir em dois? A física torna esse fenômeno quase impossível
Embora os buracos negros geralmente cresçam ao se fundirem uns com os outros, um novo estudo teórico explora a possibilidade inversa: a de um buraco negro se dividindo em vários buracos negros menores. Uma rotação extrema e a existência de dimensões adicionais poderiam desempenhar um papel determinante nesse fenômeno.
Os buracos negros são frequentemente considerados objetos isolados, mas também podem se encontrar, colidir e fundir-se para formar buracos negros ainda mais massivos. Mas será que o fenômeno inverso poderia ocorrer? Um buraco negro poderia se dividir em dois ou mais buracos negros menores?
Pesquisadores da Universidade do Sul da Dinamarca exploraram essa possibilidade em um estudo teórico publicado em 22 de outubro deste ano na revista científica Physical Review D. Seus resultados sugerem que, em condições normais, tal divisão é altamente improvável. No entanto, certos cenários extremos poderiam torná-la possível.
Até o momento, nenhuma observação permitiu demonstrar que um buraco negro tenha se dividido em vários buracos negros menores.
A entropia: uma das chaves para compreender o fenômeno
O principal obstáculo está relacionado à entropia, uma grandeza física que descreve as diferentes configurações microscópicas possíveis de um sistema. Em termos simples, ela permite compreender quais transformações podem ocorrer espontaneamente e quais esbarram em barreiras termodinâmicas.
Para um buraco negro que não gira em torno de si mesmo, uma divisão em dois objetos menores resultaria em uma diminuição da entropia total. Isso violaria a segunda lei da termodinâmica, segundo a qual a entropia de um sistema isolado não pode diminuir espontaneamente.
Portanto, a fragmentação seria impossível nessas condições. Contudo, a situação poderia mudar quando outro fator entra em cena: a rotação.
Uma rotação extrema poderia mudar as regras
Um buraco negro em rotação rápida possui uma energia associada ao seu movimento de rotação, o que altera as condições físicas que determinam se ele poderia se fragmentar.
Os cientistas descrevem essa transformação por meio de uma geometria conhecida como "topologia de calças". Essa analogia representa um buraco negro inicial que se divide em dois objetos independentes, tal como uma única abertura que se separa para formar as duas pernas de uma calça.
No entanto, uma condição essencial precisa ser atendida: os buracos negros recém-formados devem ser capazes de se afastar uns dos outros, em vez de se aproximarem novamente e se fundirem.
Quando esse requisito é levado em conta nos cálculos, as possibilidades de fragmentação diminuem consideravelmente. Segundo Sannino, esse cenário só parece viável para buracos negros que giram a velocidades próximas ao limite máximo permitido.
E se existissem dimensões adicionais?
O estudo também examina cenários mais exóticos. Algumas teorias sugerem que o Universo poderia ter dimensões espaciais adicionais, além das três dimensões que experimentamos na nossa vida diária. Embora estas dimensões ainda não tenham sido detectadas, a sua existência mudaria a nossa compreensão da gravidade e poderia influenciar o comportamento dos buracos negros.
Em certos modelos que incorporam dimensões adicionais, esses objetos poderiam se tornar instáveis e começar a se fragmentar. Nesse contexto, a divisão seria mais provável, uma vez que a entropia total poderia aumentar, tornando, assim, o processo termodinamicamente favorável.
Os pesquisadores, contudo, ainda não estão em condições de determinar uma probabilidade precisa de que esse fenômeno ocorra. Ela depende, em particular, do comportamento da gravidade para além do escopo da teoria da relatividade geral de Einstein.
Uma possibilidade particularmente interessante diz respeito aos buracos negros primordiais, minúsculos objetos hipotéticos que poderiam ter se formado durante as frações de segundo iniciais após o Big Bang. Segundo Sannino, eles seriam mais propensos a se fragmentar do que os buracos negros astrofísicos de maior porte.
Poderemos um dia detectar a fragmentação de um buraco negro?
Embora, no momento, não haja observações que sustentem essa hipótese, os cientistas acreditam que evidências indiretas poderiam, eventualmente, ser detectadas. Telescópios capazes de detectar raios gama, como o Fermi-LAT da NASA, poderiam contribuir para a identificação de sinais associados a fragmentos minúsculos de buracos negros.
Por ora, a possibilidade de um buraco negro se dividir em vários objetos permanece puramente teórica. No entanto, o estudo desse fenômeno permite aos cientistas testar os limites das leis físicas conhecidas e compreender melhor alguns dos fenômenos mais extremos do Universo.