Informação e Gravitação: Terra, Lua, Buraco Negro

Muita informação pode se obtida a partir das medidas de campos gravitacionais. Satélites artificiais terrestres vêm medindo com precisão (uma parte de um milhão) o campo gravitacional gerado pela Terra como um todo.

A precisão é tamanha que a altura das camadas úmidas na Amazônia pode ser monitorada. Veja arquivo WATER MANAGEMENT do projeto GRACE e a figura ao lado.

Um outro projeto, o GRAIL, pretende medir com precisão a aceleração da gravidade da Lua. O conhecimento da gravidade permite conhecer o interior do corpo. O procedimento matemático é semelhante ao utilizado nos aparelhos de Raios-X para os médicos verem o interior de nosso corpo.

A distribuição de massa da Lua cria um campo gravitacional não muito homogêneo. As missões que chegaram à Lua sabem disto e já conhece-se razovelmente suas anomalias. No entanto, para ter novas missões tripuladas, deve-se conhecer com mais detalhe e precisão.

Aliás, a NASA está monitorando até mesmo a quantidade de meteoros que atinge a Lua. Em 30 meses contaram mais de 103 explosões. Veja a imagem acima.

Observe que a distribuição dos locais de explosão não é uniforme. Você tem alguma idéia de por que?

Uma outra notícia trata de gravitação, mas desta vez, de gravitação quântica de Buracos Negros, um dos grandes desafios da Física Teórica atual. Um resultado, ainda que parcial pois envolve uma simplificação significativa (buracos negros em um espaço de duas dimensões), mostra que toda a informação aparentemente perdida no colapso a um Buraco Negro está contida nos meandros da gravitação quântica, e neste sentido, não se perde para sempre.

Só para lembrar, um buraco negro clássico não revela do que ele foi feito. Se foram navios ou trens, as únicas informações disponíveis para os que ficam do lado de fora, é a quantidade de energia-massa, rotação e carga elétrica. A radiação semi-clássica proposta por Hawking (explicação diagramática abaixo) abriu uma série de problemas sobre a informação escondida nos buracos negros.

O novo estudo teórico afirma que a informação não se perde, mas está codificada nas estruturas quânticas do espaço-tempo. Read Information ‘not lost’ in black holes or arXiv:0801.1811v2 [gr-qc].

Buracos Negros e Partículas: Raios Cósmicos e Tunelamento Quântico.

Dois artigos importantes sobre Buracos Negros foram publicados neste mês. Um é observacional e experimental e o outro é teórico e matemático. O primeiro envolve partícula ejetada classicamente e o segundo partícula absorvida quanticamente por um buraco negro. Mas ambos têm contribuições e ou autorias das Universidades Públicas do Estado de São Paulo.

Vamos ao primeiro.

Correlation of the Highest-Energy Cosmic Rays with Nearby Extragalactic Objects
O grupo multinacional do Observatório Pierre Auger mostrou na Science (para assinantes) suas medidas de vários eventos ultra energéticos de raios cósmicos. Destas medidas conclui-se que as partículas que chegam à Terra com energias cósmicas partiram das imediações de Buracos Negros super massivos nos centros de algumas galáxias ativas. Read more at Nature News ou leia a notícia no Portal da Unicamp pois, não por acaso, o grupo do nosso colega Escobar lidera a colaboração Pierre Auger.

Os raios cósmicos de ultra energias (RCUH) chegam à Terra e provocam um chuveiro de partículas espalhadas. Colecionar o maior número de partículas espalhadas, medir usas energias, momento linear etc não é tarefa simples. O grande feito relatado no artigo da Science foi dar a direção de origem do RCUH.

Havia várias propostas teóricas para explicar acelerações tão grandes em torno de Buracos Negros que poderiam ser a origem dos RCUH. Agora temos uma observação comprovam o que era especulativo.

Vamos ao segundo.

Overspinning a nearly extreme charged black hole via a quantum tunneling process

O artigo trata de um efeito (semi) quântico. Os colegas do IFT-UNESP George Matsas e André da Silva publicaram no Physical Review Letters o seguinte resultado, em poucas palavras: Um Buraco Negro carregado pode adquirir rotação suficiente para “rasgar” seu horizonte de eventos por tunelamento quântico de partículas (escalares). Veja a ilustração com o horizonte interno que cobriria a singularidade essencial vermelha. Nada escaparia do horizonte interno.

Os cálculos do artigo mostram “uma luz no fim do túnel”, isto é mostraria o “interior” deste buraco negro. No jargão da Relatividade Geral temos a conjectura da censura cósmica que proibiria singularidades nuas expostas. Read more at Nature News ou o pré-print original. Matsas e da Silva mostram uma violação possível a uma versão da censura cósmica.

Os resultados envolvem aproximações semi clássicas porque ainda não há uma gravitação quântica. Não se sabe se a gravitação quântica preservaria as censuras cósmicas. É esperar para ver. Ver não, calcular. Esperar não, estudar.

Buracos Negros em Galáxias Caipiras

O Universo é cheio de vazios e os Buracos Negros nos vazios têm menor atividade do que os Buracos Negros em aglomerados.

A frase não é um jogo de palavras e não deve ser levada ao pé da letra. Os Buracos não são buracos e sim portais de mão única no espaço-tempo. E, em termos práticos, eles não são negros pois os gases comprimidos para entrarem no Buraco Negro radiam muita luz. E os vazios não são vazios. É que os astrônomos “olham” o Cosmo e classificam as regiões mais ou menos densas do que a densidade média de galáxias. Os lugares menos densos são chamados de vazios por preguiça dizer lugares que têm menos galáxias por volume do que a média cosmológica.

A nossa Via Lactea está em um aglomerado de galáxias e tem tido interações significativas com as vizinhas: Houve colisões no passado e existe uma ligação gravitacional agora. A grande maioria das galáxias vive em aglomerados. Uma minoria caipira fica isolada nos vazios. Veja a figura abaixo ou a figura original com maior resolução no press release da Drexel University.

Os estudos confirmam que galáxias com núcleos ativos têm comportamentos similares de acréscimo de gás nos seus buracos negros super massivos. A diferença entre os núcleos de galáxias em aglomerados em relação ao núcleos de galáxias em vazios estaria na taxa de emissão do disco central. A amostra estatística para chegar a esta conclusão ainda é pequena (pouco mais de 400 galáxias), mas a pesquisa trouxe indicações importantes para os modelos de formação de buracos negros em galáxias com núcleos ativos e até mesmo na evolução de galáxias em vazios e aglomerados.

Em outras palavras, os Buracos Negros nos centros de galáxias caipiras são mais tranqüilos do que os das galáxias em aglomerados.