O pequeno efeito inesperado dos buracos negros

Desde sua descoberta, os buracos negros nunca deixaram de inspirar os cientistas que continuam a estudá-los, e as descobertas sobre eles continuam surgindo. Recentemente, uma equipe de físicos sugeriu que os buracos negros poderiam servir como aceleradores de partículas muito poderosos se soubermos aproveitar a força gravitacional que exercem. Conforme indicado em seu artigo que em breve será submetido à revista Physics Review D, basta garantir que todas as condições estejam reunidas para que as partículas aceleradas pela força da gravidade não acabem dentro do buraco.

Se uma partícula se aproximar de um buraco negro, ela será acelerada tanto que poderá exceder a velocidade da luz depois de passar pelo horizonte de eventos. Mas além desse limite, não será mais possível para ela escapar. Assim, não é a forma mais eficiente de obter um acelerador de partículas, pois nem mesmo será possível estudar a partícula em questão.

Os cientistas descobriram, no entanto, que com duas ou mais partículas e nas condições certas, é possível comparar o buraco negro a um acelerador de partículas.

O princípio de funcionamento do acelerador

Segundo os pesquisadores, duas partículas que se aproximam de um buraco negro recebem uma quantidade muito grande de energia, muito mais do que pode ser feito com os atuais aceleradores de partículas. A velocidade das duas partículas aumenta cada vez mais à medida que se aproximam do horizonte de eventos, e caso a combinação entre a direção e a velocidade de aproximação seja a correta, pode haver um efeito ricochete entre as duas. Graças a esse efeito, uma das partículas mergulhará direto no buraco negro enquanto a outra voará sobre o horizonte de eventos e voltará ao espaço.

Pelo que sabemos, esse tipo de evento é raro, mas não impossível. De fato, estudos mostraram que as partículas podem colidir com energias arbitrárias, mas isso depende de sua velocidade e distância do horizonte de eventos. Esse processo seria tanto mais eficaz quanto o buraco negro era um daqueles que giram sozinhos. Esse tipo de buraco negro pode girar o espaço-tempo ao redor do horizonte, permitindo que mais partículas se aproximem antes de voltar para o espaço.

No entanto, há um problema com essa teoria. Este cenário do buraco negro sendo usado como acelerador só foi estudado com o que os cientistas chamam de buracos negros “extremos”. São buracos negros teóricos que têm a menor massa possível e podem girar a uma determinada velocidade. Na realidade, os buracos negros são geralmente mais massivos e, portanto, não podem ser considerados a priori como aceleradores de partículas.

As condições ideais

O novo estudo do buraco negro parece ter encontrado a solução para o problema da massa do buraco negro. Os resultados obtidos mostram que os buracos negros reais, incluindo aqueles que são massivos, aqueles que giram em torno de seu próprio eixo, bem como aqueles que são eletricamente carregados, ainda podem se comportar como aceleradores de partículas.

Há uma condição para que o sistema funcione. As partículas já devem ter uma velocidade muito alta antes de serem aceleradas, o que não é uma condição fácil de satisfazer. Os pesquisadores descobriram, no entanto, que colisões de baixa velocidade podem ocorrer no horizonte de eventos.

Outro problema é que quando as partículas se aproximam muito do horizonte para obter a energia necessária, é muito difícil para elas escaparem. Quando eles são finalmente lançados no espaço, sua velocidade é bastante reduzida. Diante disso, os pesquisadores encontraram outro desfile. Segundo eles, colisões de alta energia podem ocorrer em torno de buracos negros em rotação, de modo que as partículas não precisam se aproximar muito do horizonte de eventos.