'Objetos compactos exóticos' podem em breve quebrar a física, sugere novo estudo

Nas profundezas do universo, entidades estranhas como buracos negros podem existir com o poder de redefinir a física como a conhecemos. Um novo estudo calcula que, nos próximos anos, observatórios de ondas gravitacionais na Terra poderiam encontrar essas hipóteses estranhas, que são conhecidas como objetos compactos exóticos.
O Observatório de Ondas Gravitacionais de Interferômetro Laser (LIGO, na sigla em inglês) com sede nos EUA e seu homólogo europeu Virgo foram construídos para capturar ondulações no tecido do espaço-tempo irradiando de objetos maciços como buracos negros e estrelas de nêutrons que colidem. No entanto, há sempre a chance de que os cientistas possam encontrar algo inesperado.
“Não podemos ser tão ingênuos em presumir que conhecemos tudo o que está lá fora”, disse Luís Longo, doutorando em física pela Universidade Federal do ABC em São Paulo, Brasil, ao Live Science.
Pesquisadores têm especulado sobre as possibilidades de objetos compactos exóticos por muitos anos, e tentando determinar como eles seriam para um detector de ondas gravitacionais, acrescentou Longo.
O termo “objeto compacto exótico” abrange uma variedade de diferentes entidades teóricas. Entre as possibilidades estão gravastars, que são semelhantes a buracos negros comuns, mas estariam cheios de energia escura, uma substância misteriosa que causa a expansão acelerada do universo. Outro objeto compacto que poderia se ocultar pelo universo é o fuzzball (bola peluda, em tradução livre), um nó em forma de buraco negro de cordas unidimensionais fundamentais propostas na teoria das cordas, que tenta unificar e substituir as teorias aceitas atuais na física.
O que os objetos compactos exóticos tem em comum é que, ao contrário de um buraco negro, eles devem não ter uma região conhecida como horizonte de eventos, disse Longo. De acordo com a teoria da relatividade de Albert Einstein, o horizonte de eventos é uma esfera em torno de um buraco negro além do qual qualquer viagem se torna unidirecional. Objetos podem cair dentro do horizonte de eventos, mas nada pode sair dele, nem sequer a luz.
Mas os cientistas sabem que a teoria da relatividade de Einstein um dia terá que ser substituída. Embora a teoria seja extraordinariamente bem sucedida em descrever a gravidade e entidades cósmicas maciças, ela não menciona nada sobre o comportamento de partículas subatômicas. Para isso, os físicos recorrem à mecânica quântica.
A esperança é, eventualmente, ter uma teoria da gravidade quântica que substitui tanto a relatividade quanto a mecânica quântica. Objetos compactos exóticos, que seriam como um buraco negro, mas não têm um horizonte de eventos, poderiam ajudar a fornecer as informações necessárias para começar a construir essa teoria futura.
“Eles romperão com a relatividade geral porque não darão origem a uma de suas principais previsões”, disse Longo, referindo-se ao horizonte de eventos. “Nesse sentido, estaríamos testando a teoria da gravitação de Einstein.” À medida que dois buracos negros se chocam e se fundem, eles giram um ao redor do outro, distorcendo o espaço-tempo e enviando ondas gravitacionais, que podem ser detectadas pelos detectores do LIGO na Terra. Depois que eles se chocam, o horizonte de eventos impede que ondas adicionais escapem, disse Longo.
Mas como objetos compactos exóticos não teriam um horizonte de eventos, algumas ondas gravitacionais poderiam cair para o centro do objeto e depois se recuperar, criando ecos gravitacionais que vazam para fora, acrescentou. Esses ecos são muito fracos para o LIGO e o Virgo detectarem, mas as instalações estão sendo atualizadas para alcançarem maior sensibilidade, e eles foram acompanhados pelo Kamioka Gravitational Wave Detector (KAGRA) no Japão, que se tornou operacional no ano passado.
Longo e seus colegas calcularam que durante a próxima observação dos detectores de ondas gravitacionais, marcada para iniciar em 2022, o LIGO e seus homólogos poderiam ser sensíveis o suficiente para captar o sinal de um ou dois objetos compactos exóticos, se eles existirem.
Outros pesquisadores estão ansiosos para ver se tal cenário pode acontecer em um futuro próximo. “No momento, parece ficção científica”, disse Vitor Cardoso, físico do Instituto Superior Técnico de Lisboa, Portugal, que não participou do trabalho. “Mas rapidamente vai da ficção científica para a ciência estabelecida.” Cardoso ficaria entusiasmado se objetos compactos exóticos passassem a ser algo além de especulações. “Odiamos ver o que esperamos [encontrar]”, disse Cardoso. “Odiamos ciência tediosa.”
No entanto, mesmo que o LIGO detecte ecos, provavelmente levaria muito tempo até que a comunidade científica confirmasse que eles seriam originados realmente nesses estranhos objetos hipotéticos, acrescentou. Longo, também, ficaria feliz se os observatórios conseguissem descobrir algumas evidências de objetos compactos exóticos. “Seria o primeiro indício do colapso da relatividade geral”, disse ele. “Seria um enorme avanço e extremamente emocionante.” [Space]