MADRID 10 jun. (EUROPA PRESS) -
Um estudante da Escola Politécnica Superior da Universidade Autônoma de Madri (UAM) obteve uma nova solução exata das equações de Einstein que descreve o campo gravitacional de uma massa em rotação situada em um universo em expansão.
O resultado, publicado na revista 'Physics Letters B', conecta a descrição dos buracos negros de Kerr com a cosmologia de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW), o modelo utilizado para representar um universo homogêneo e isotrópico em grande escala.
O estudo de Antonio Peña Peña aborda, assim, um problema em aberto há nove décadas: a descrição, dentro da Relatividade Geral, de um buraco negro em rotação localizado em um universo em expansão.
Nesse sentido, o autor não encontra indícios de um acoplamento entre a expansão cósmica e o crescimento desses objetos, uma possibilidade que, nos últimos anos, havia sido levantada como um possível vínculo entre buracos negros e energia escura.
“Os resultados indicam que a massa do buraco negro permanece estacionária e não cresce com a expansão do universo. Portanto, ela também não cresce no ritmo necessário para sustentar a hipótese do acoplamento cosmológico”, explicou ele.
A descrição mais precisa dos buracos negros em rotação provém da métrica de Kerr, uma solução exata da Relatividade Geral que descreve o campo gravitacional de objetos massivos que giram sobre si mesmos.
No entanto, essa solução parte de uma simplificação importante, pois pressupõe que, longe do buraco negro, o espaço-tempo é aproximadamente plano e estático. Essa condição facilita os cálculos e permite estudar com grande precisão a região próxima ao buraco negro, mas não é realista em escala cosmológica, pois o universo está em expansão.
Essa diferença ganhou especial relevância nos últimos anos. Em 2023, uma equipe internacional com a participação de pesquisadores da Universidade do Havaí, liderada por Duncan Farrah e Kevin Croker, propôs que objetos compactos como os buracos negros poderiam crescer no mesmo ritmo que a expansão do universo por meio de um mecanismo denominado “acoplamento cosmológico”.
De acordo com essa hipótese, os buracos negros poderiam atuar como uma fonte de energia escura, o componente associado à expansão acelerada do universo. Se assim fosse, esses objetos teriam aumentado de tamanho ao longo de bilhões de anos sem a necessidade de absorver gás, estrelas ou outros buracos negros.
O estudo apresentava indícios observacionais compatíveis com esse cenário, embora não conclusivos. O próximo passo era encontrar uma justificativa teórica capaz de explicar esse possível crescimento. Os autores sugeriram que o fenômeno poderia apontar para uma “nova física”, talvez relacionada a uma solução ainda desconhecida das equações de Einstein.
A questão fundamental era que ainda não existia uma solução exata que descrevesse um buraco negro de Kerr imerso em um universo em expansão. Em princípio, uma métrica desse tipo poderia revelar novas dinâmicas de acoplamento entre os buracos negros e a expansão cosmológica.
NOVA SOLUÇÃO PROPOSTA
Nesse contexto, o trabalho publicado pelo pesquisador da UAM enfraquece a possível conexão entre buracos negros e energia escura dentro do marco da Relatividade Geral. De acordo com essa nova solução, a teoria não permite que um buraco negro de Kerr cresça de forma acoplada à expansão do universo.
O trabalho recupera a solução de Kerr no limite adequado, reproduz a métrica de McVittie quando não há rotação e se aproxima da geometria cosmológica FLRW longe do objeto. A análise mostra ainda que, para um observador situado cada vez mais longe do buraco negro, este pareceria ficar progressivamente menor e sua ergosfera tenderia a desaparecer.
"Em outras palavras, o efeito de arrastamento de referência — a rotação do espaço-tempo induzida pelo buraco negro — seria percebido como menos pronunciado a grandes distâncias. É claro que se trata apenas de um efeito óptico causado pelo afastamento do observador devido à expansão. Um observador próximo ao buraco negro não detectaria nenhuma mudança”, explicou Peña.
“Se observações futuras confirmassem um comportamento desse tipo, seria necessário buscar sua explicação em outros processos astrofísicos ou na física além da Relatividade Geral. Por enquanto, a interpretação mais prudente é que os indícios observacionais disponíveis não são conclusivos e que serão necessárias amostras mais amplas para determinar se esses objetos realmente crescem dessa maneira”, conclui o pesquisador.
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