Trabalho de pesquisa por uma dupla de físicos brasileiros, em parceria com um pesquisador nos Estados Unidos, pode ajudar a compreender como se dá o colapso de um buraco negro.
Em astrofísica, esses objetos nascem da implosão do núcleo de estrelas de alta massa. Depois que o combustível delas se esgota, a força gravitacional comprime o interior do astro até que torna-se impossível para qualquer partícula – e mesmo a luz – escapar de sua superfície. Daí o nome buraco negro.
A compreensão desse colapso gravitacional é possível graças à teoria da relatividade geral, concebida por Albert Einstein em 1915. Suas equações de campo servem como ferramentas para compreender o fenômeno, mesmo sem ter a chance de observá-lo de perto.
Henrique Pereira de Oliveira e Eduardo Rodrigues, do Departamento de Física Teórica do Instituto de Física da Universidade Estadual do Rio de Janeiro (UERJ), trabalhando em parceria com Leopoldo Pando Zayas, professor da Universidade de Michigan, nos EUA, constataram que o colapso do buraco negro pode se dar de forma turbulenta.
Estudando uma configuração específica do espaço-tempo chamada anti-de Sitter, o trio verificou que o padrão desse colapso acontece de acordo com um padrão de turbulência de ondas conhecido como Kolmogorov-Zakharov.
O trabalho foi publicado na edição de 2 de agosto de 2013 do periódico Physical Review Letters e pode ser encontrado em http://prl.aps.org/pdf/PRL/v111/i5/e051101 (fechado para assinantes). Alternativamente, em http://arxiv.org/abs/1209.2369.
Jogo rápido com Henrique de Oliveira
SBF – No trabalho, vocês usam uma configuração do espaço-tempo denominada anti-de Sitter. Ela é diferente do que se esperaria das condições do espaço-tempo em nosso universo, nos arredores de uma estrela em colapso?
Oliveira – O espaço-tempo anti-de Sitter possui constante cosmológica negativa. Hoje acredita-se que nosso universo seja dominado efetivamente por uma constante cosmológica positiva, que acelera sua expansão. Nosso estudo vai em direção à chamada conjectura AdS/CFT, que essencialmente conecta processos no mundo real ao que acontece em espaços-tempos anti-de Sitter com dimensão superior.
SBF – Tem como explicar em poucas palavras o que vem a ser o espectro Kolmogorov-Zakharov? O que o caracteriza?
Oliveira – Podemos dizer rapidamente que é a assinatura da turbulência que ocorre quando provocada pela interação de ondas, em vez de um fluido usual. Neste último temos, entre outras coisas, o espectro de Kolmogorov, a presença de vórtices. No caso de turbulência de ondas, apesar da ausência de vórtices, leis do tipo potência no espectro no domínio temporal (nosso caso) e espacial estão presentes. Igualmente, esse espectro está associado à transferência de energia entre modos de diferentes escalas.
SBF – Qual é o interesse de estudar teoricamente o colapso de buracos negros?
Oliveira – Do ponto de vista da Relatividade Geral é muito interessante fazer essas simulações a fim de estudar a instabilidade dos espaços-tempos com constante cosmológica negativa. O mesmo não acontece caso a constante cosmológica seja positiva ou nula. No entanto, a real importância do trabalho está na conexão com processos físicos ocorrendo no mundo real, em altas energias, e sem gravitação, devido à conjectura AdS/CFT.