Os efeitos quânticos proíbem a formação de buracos negros a partir de altas concentrações de luz intensa, dizem os físicos

Nas últimas sete décadas, os astrofísicos teorizaram a existência de “kugelblitze”, buracos negros causados ​​por concentrações extremamente elevadas de luz.

Estes buracos negros especiais, especularam eles, podem estar ligados a fenómenos astronómicos como a matéria escura, e foram até sugeridos como a fonte de energia de hipotéticos motores de naves espaciais num futuro distante.

No entanto, novas pesquisas de física teórica realizadas por uma equipe de pesquisadores da Universidade de Waterloo e da Universidade Complutense de Madrid demonstram que os kugelblitze são impossíveis em nosso universo atual. A pesquisa deles, intitulada “Não há buracos negros na luz”, foi publicada no arXiv servidor de pré-impressão e será lançado em Cartas de revisão física.

“Os buracos negros mais conhecidos são aqueles causados ​​por enormes concentrações de matéria regular que colapsam sob a sua própria gravidade”, disse Eduardo Martín-Martínez, professor de matemática aplicada e física matemática e afiliado do Instituto Perimeter de Física Teórica.

“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 poderia levar a um colapso semelhante. No entanto, esta previsão foi feita sem considerar efeitos quânticos.”

A equipe construiu um modelo matemático, levando em conta os efeitos quânticos, que demonstrou que a concentração de luz necessária para criar o kugelblitze seria dezenas de ordens de magnitude maior do que a observada nos quasares, os objetos mais brilhantes do nosso universo.

“Muito antes de podermos atingir essa intensidade de luz, certos efeitos quânticos ocorreriam primeiro”, disse José Polo-Gómez, Ph.D. candidato em matemática aplicada e informação quântica. “Essa forte concentração de luz levaria à criação espontânea de partículas como pares elétron-pósitron, que se afastariam muito rapidamente da área.”

Embora as condições necessárias para alcançar tal efeito sejam impossíveis de testar na Terra usando a tecnologia atual, a equipe pode estar confiante na precisão de suas previsões porque se baseiam nos mesmos princípios matemáticos e científicos que alimentam a tomografia por emissão de pósitrons (PET).

“Uma forma de entender esse fenômeno é pensar na aniquilação da matéria e da antimatéria, como o que acontece durante os exames PET. Os elétrons e suas antipartículas (pósitrons) podem aniquilar-se e desintegrar-se 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 um desafio, 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, em muitos aspectos, semelhante ao fenómeno de desintegração matéria-antimatéria que ocorre num exame PET. Quando existe uma grande concentração de fotões, estes podem desintegrar-se em pares electrão-pósitron, que são rapidamente dispersos. levando a energia com eles e evitando o colapso gravitacional.”

Embora a impossibilidade do kugelblitze possa ser decepcionante para os astrofísicos, a descoberta é uma conquista importante no tipo de pesquisa fundamental em física possibilitada pela parceria entre a matemática aplicada, o Instituto Perimeter e o Instituto de Computação Quântica de Waterloo.

“Embora estas descobertas possam não ter aplicações conhecidas neste momento, estamos a lançar as bases para as inovações tecnológicas dos nossos descendentes”, disse Polo-Gómez. “A ciência por trás das máquinas de tomografia PET já foi igualmente teórica e agora existe uma em cada hospital.”