Um novo estudo mostra que buracos negros formados a partir da luz, conhecidos como kugelblitze, não podem existir devido a efeitos quânticos que intervêm em altas intensidades de luz. Isso desafia décadas de especulação em astrofísica. Crédito: NASA/JPL-Caltech
A impossibilidade do kugelblitz: efeitos quânticos proíbem a formação de buracos negros a partir de altas concentrações de luz intensa.
Pesquisadores concluíram que kugelblitze, buracos negros formados a partir da luz, são teoricamente impossíveis. Essa descoberta foi derivada de um modelo matemático que incorpora efeitos quânticos, revelando que a intensidade de luz necessária excede em muito a encontrada no universo. Embora decepcionante para a física teórica, essa descoberta tem implicações profundas para a compreensão da mecânica quântica e da relatividade geral.
Nas últimas sete décadas, astrofísicos teorizaram a existência de “kugelblitz”, buracos negros causados por concentrações extremamente altas de luz.
Eles especularam que esses buracos negros especiais podem estar ligados a fenômenos astronômicos, como a matéria escura, e até mesmo foram sugeridos como fonte de energia para hipotéticos motores de naves espaciais em um futuro distante.
Desmascarando Kugelblitze: Um Novo Estudo
No entanto, novas pesquisas em física teórica realizadas por uma equipe de pesquisadores da Universidade de Waterloo e a Universidade Complutense de Madrid demonstra que kugelblitze são impossíveis em nosso universo atual.
“Os buracos negros mais comumente conhecidos são aqueles causados por enormes concentrações de matéria regular colapsando sob sua própria gravidade”, disse Eduardo Martín-Martínez, que é professor de matemática aplicada e física matemática e afiliado do Perimeter Institute for Theoretical Physics. “Como, na teoria da relatividade geral de Einstein, qualquer tipo de energia curva o espaço-tempo, há muito se especula que uma enorme concentração de energia na forma de luz pode levar a um colapso semelhante. No entanto, essa previsão foi feita sem considerar os efeitos quânticos.”
Limitações quânticas em buracos negros induzidos por luz
A equipe construiu um modelo matemático, levando em conta os efeitos quânticos, que demonstrou que a concentração de luz necessária para criar kugelblitze seria dezenas de ordens de magnitude maior do que a observada em quasares, os objetos mais brilhantes do nosso universo.
“Muito antes de você conseguir atingir essa intensidade de luz, certos efeitos quânticos ocorreriam primeiro”, disse José Polo-Gómez, um candidato a PhD em matemática aplicada e informação quântica. “Uma concentração tão forte de luz levaria à criação espontânea de partículas como pares elétron-pósitron, que se moveriam muito rapidamente para longe da área.”
Embora as condições necessárias para atingir tal efeito sejam impossíveis de testar na Terra usando a tecnologia atual, a equipe pode estar confiante na precisão de suas previsões porque elas se baseiam nos mesmos princípios matemáticos e científicos que impulsionam as tomografias por emissão de pósitrons (PET).
“Uma maneira de entender esse fenômeno é pensar na aniquilação da matéria e da antimatéria, como o que acontece durante as tomografias por emissão de pósitrons (PET). Os elétrons e suas antipartículas (pósitrons) podem se aniquilar e se desintegrar em pares de fótons, ou ‘partículas’ de luz”, disse Martín-Martínez. “Nossos resultados são uma consequência do fenômeno chamado ‘polarização do vácuo’ e do efeito Schwinger, e embora explicá-los em poucas palavras possa ser desafiador, uma maneira útil de pensar sobre isso é esta: o fenômeno que previmos que impediria a criação de buracos negros a partir da luz é, de muitas maneiras, como o oposto do fenômeno de desintegração de matéria-antimatéria que acontece em uma tomografia por emissão de pósitrons (PET): quando há uma grande concentração de fótons, eles podem se desintegrar em pares de elétron-pósitron, que são rapidamente espalhados, levando a energia com eles e evitando o colapso gravitacional”
Implicações para a Física e Tecnologias Futuras
Embora a impossibilidade do kugelblitze possa ser decepcionante para os astrofísicos, a descoberta é uma conquista importante no tipo de pesquisa em física fundamental possibilitada pela parceria entre a matemática aplicada, o Perimeter Institute e o Institute for Quantum Computing de Waterloo.
“Embora essas descobertas possam não ter aplicações conhecidas agora, estamos preparando o terreno para as inovações tecnológicas dos nossos descendentes”, disse Polo-Gómez. “A ciência por trás das máquinas de PET scan já foi tão teórica, e agora há uma em cada hospital.”
A pesquisa “Nenhum buraco negro da luz” foi publicada em Cartas de revisão física.
Referência: “No Black Holes from Light” por Álvaro Álvarez-Domínguez, Luis J. Garay, Eduardo Martín-Martínez e José Polo-Gómez, 26 de julho de 2024, Cartas de revisão física.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.041401
