Os segredos do espaço tempo

Espaço-tempo turbulento gera redemoinhos de gravidade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/06/2014

Quando dois buracos negros se encontram, podem acontecer coisas muito mais dramáticas do que se acreditava. [Imagem: National Astronomical Observatory of Japan]

Distúrbios do espaço-tempo

As teorias atuais da física estabelecem que o espaço-tempo pode ser dobrado por grandes massas, dando origem à gravidade.

Mas o próprio espaço-tempo reage sempre de forma suave e tranquila - ele nunca se torna turbulento - gerando uma gravidade igualmente calma, tranquila e previsível.

Um novo estudo, porém, defende que essas teorias podem estar erradas.

Luis Lehner e seus colegas do Instituto Perimeter, nos Estados Unidos, explicam que a chave de tudo está em tratar a gravidade como um fluido.

"Há uma conjectura em física - a conjectura holográfica - que diz que a gravidade pode ser descrita como uma teoria de campo. E nós também sabemos que, em altas energias, as teorias de campo podem ser descritas com as ferramentas matemáticas que usamos para descrever os fluidos," explica Lehner. "Portanto, é uma dança de dois passos: gravidade é igual a teoria de campos e teoria de campos é igual a fluidos, assim gravidade equivale a fluidos. Isso é chamado dualidade gravidade/fluidos".

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As ondas gravitacionais poderão validar ou não a hipótese dos redemoinhos de gravidade. [Imagem: Henze/NASA]

Dualidade gravidade/fluidos

Como um dos comportamentos característicos dos fluidos é a turbulência, se a gravidade pode se comportar como um fluido, então, sob certas condições, ela vai espiralar e gerar redemoinhos.

"Ou há um problema com a dualidade, e a gravidade realmente não pode ser totalmente capturada por uma descrição de fluidos, ou há um fenômeno novo na gravidade e a gravidade turbulenta realmente pode existir," disse Lehner.

A dualidade gravidade/fluidos vem sendo desenvolvida ao longo dos últimos seis anos. Mas, até agora, ninguém havia encarado de frente o problema da turbulência da gravidade.

E o que realmente importa saber é se a gravidade pode se tornar turbulenta não em considerações matemáticas, mas em uma situação real.

Para tentar verificar essa possibilidade, a equipe decidiu estudar buracos negros estelares, ou quasares, que giram muito rapidamente - mais especificamente, eles simularam as perturbações não-lineares dos buracos negros.

Sistemas gravitacionais raramente são analisados neste nível de detalhamento porque as equações são incrivelmente complexas. Mas, sabendo que a turbulência é fundamentalmente não-linear, a equipe não pode escapar das dificuldades e enfrentou o problema.

As simulações mostram que o espaço-tempo fica turbulento, e a gravidade passa a se comportar como um fluido. [Imagem: Yang/Zimmerman/Lehner]

Turbulências na gravidade

O resultado foi surpreendente: o espaço-tempo pode realmente se tornar turbulento nas condições extremas de uma dupla de buracos negros orbitando um em torno do outro.

"Fiquei muito surpreso", diz Huan Yang, membro do grupo. "Eu nunca acreditei em comportamentos turbulentos na Relatividade Geral, e por boas razões: ninguém jamais havia visto isto em simulações numéricas, mesmo de coisas dramáticas como buracos negros binários."

Mas como este fenômeno escapou dos teóricos? "Ele estava escondido porque a análise necessária para vê-lo tem que ir para as ordens não-lineares. As pessoas não têm motivação suficiente para fazer um estudo não-linear", explicou Yang.

Este é um trabalho teórico, mas que pode não ficar assim por muito tempo.

Vários detectores de última geração estão para ser ligados em busca das ondas gravitacionais - ondulações no "fluido gravitacional" que resultam de eventos como a colisão de dois buracos negros.

Se a gravidade pode se tornar turbulenta, então essas ondulações podem ser um pouco diferentes do que os modelos anteriores sugerem. Conhecer essas diferenças pode tornar mais fácil detectar as ondas gravitacionais, ou interpretar o que está sendo visto nos dados.

Assim, se as ondas gravitacionais forem realmente detectadas, e elas chegarem um pouco diferente do que os modelos do espaço-tempo comportado preveem, então isto poderá ser uma evidência da turbulência gravitacional.

E, se tiveram coragem para enfrentar a modelagem não-linear, talvez essa possibilidade de detecção dê à equipe a motivação suficiente para tentar descrever como seria, em uma situação real, o espalhamento de um redemoinho de gravidade pelo espaço-tempo.

Bibliografia:

Turbulent Black Holes
Huan Yang, Aaron Zimmerman, Luis Lehner
arXiv
http://arxiv.org/abs/1402.4859

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=espaco-tempo-turbulento-gera-redemoinhos-gravidade&id=010130140627#.U7AkuPldXfI