Black holes are among the most destructive objects in the universe. Anything that gets too close to the central singularity of a black hole, be it an asteroid, planet, or star, risks being torn apart by its extreme gravitational field. And if the approaching object happens to cross the black hole’s event horizon, it’ll disappear and never re-emerge, adding to the black hole’s mass and expanding its radius in the process. There is nothing we could throw at a black hole that would do the least bit of damage to it. Even another black hole won’t destroy it– the two will simply merge into a larger black hole, releasing a bit of energy as gravitational waves in the process. By some accounts, it’s possible that the universe may eventually consist entirely of black holes in a very distant future. And yet, there may be a way to destroy, or “evaporate,” these objects after all. If the theory is true, all we need to do is to wait.
Os buracos negros estão entre os objetos mais destrutivos do Universo. Qualquer coisa que chegue perto demais da singularidade central de um buraco negro, seja um asteroide, planeta ou uma estrela, corre o risco de ser destruída por seu campo gravitacional extremo. E, se o objeto que se aproxima cruzar o horizonte de eventos do buraco negro, ele desaparecerá e nunca mais reemergirá, aumentando a massa do buraco negro e expandindo seu raio no processo. Não há nada que poderíamos jogar em um buraco negro que causaria o menor dano a ele. Até mesmo outro buraco negro não o destruirá. Os dois simplesmente se fundirão em um buraco negro maior, liberando um pouco de energia como ondas gravitacionais no processo. Segundo alguns relatos, é possível que o Universo possa, por fim, consistir inteiramente de buracos negros em um futuro muito distante. Porém, pode haver uma maneira de destruir ou "evaporar" esses objetos afinal. Se a teoria for verdadeira, tudo o que precisaremos fazer é esperar.
In 1974, Stephen Hawking theorized a process that could lead a black hole to gradually lose mass. Hawking radiation, as it came to be known, is based on a well-established phenomenon called quantum fluctuations of the vacuum. According to quantum mechanics, a given point in spacetime fluctuates between multiple possible energy states. These fluctuations are driven by the continuous creation and destruction of virtual particle pairs, which consist of a particle and its oppositely charged antiparticle.
Em 1974, Stephen Hawking teorizou um processo que poderia levar um buraco negro a perder massa gradualmente. A radiação Hawking, como veio a ser conhecida, é baseada em um fenômeno bem-estabelecido chamado flutuações quânticas de vácuo. De acordo com a mecânica quântica, um dado ponto no espaço-tempo flutua entre múltiplos estados de energia possíveis. Essas flutuações são impulsionadas pela criação e destruição contínuas de pares de partículas virtuais, que consistem de uma partícula e sua antipartícula de carga oposta.
Normally, the two collide and annihilate each other shortly after appearing, preserving the total energy. But what happens when they appear just at the edge of a black hole’s event horizon? If they’re positioned just right, one of the particles could escape the black hole’s pull while its counterpart falls in. It would then annihilate another oppositely charged particle within the event horizon of the black hole, reducing the black hole’s mass. Meanwhile, to an outside observer, it would look like the black hole had emitted the escaped particle.
Geralmente, as duas colidem e aniquilam uma à outra logo após surgirem, preservando a energia total. Mas o que acontece quando elas aparecem bem na beira do horizonte de eventos de um buraco negro? Se estiverem posicionadas corretamente, uma das partículas poderia escapar da atração do buraco negro enquanto sua equivalente cai nele. Ela então aniquilaria outra partícula de carga oposta dentro do horizonte de eventos do buraco negro, reduzindo a massa dele. Enquanto isso, para um observador externo, pareceria que o buraco negro havia emitido a partícula que escapou.
Thus, unless a black hole continues to absorb additional matter and energy, it’ll evaporate particle by particle, at an excruciatingly slow rate. How slow? A branch of physics, called black hole thermodynamics, gives us an answer.
Assim, a menos que um buraco negro continue a absorver matéria e energia adicionais, ele evaporará partícula por partícula, a uma velocidade extremamente lenta. Com que lentidão? Um ramo da física, chamado termodinâmica do buraco negro, nos dá uma resposta.
When everyday objects or celestial bodies release energy to their environment, we perceive that as heat, and can use their energy emission to measure their temperature. Black hole thermodynamics suggests that we can similarly define the “temperature” of a black hole. It theorizes that the more massive the black hole, the lower its temperature. The universe’s largest black holes would give off temperatures of the order of 10 to the -17th power Kelvin, very close to absolute zero. Meanwhile, one with the mass of the asteroid Vesta would have a temperature close to 200 degrees Celsius, thus releasing a lot of energy in the form of Hawking Radiation to the cold outside environment. The smaller the black hole, the hotter it seems to be burning– and the sooner it’ll burn out completely.
Quando objetos comuns ou corpos celestes liberam energia para o ambiente, percebemos isso como calor e podemos usar a energia que emitem para medir a temperatura deles. A termodinâmica do buraco negro sugere que podemos definir de forma semelhante a “temperatura” de um buraco negro. Há uma teoria segundo a qual quanto maior o buraco negro, menor a sua temperatura. Os maiores buracos negros do Universo produziriam temperaturas da ordem de 10 elevado a menos 17 Kelvin, muito próximas do zero absoluto. Enquanto isso, um com a massa do asteroide Vesta teria uma temperatura próxima a 200 ºC, liberando assim muita energia na forma da radiação Hawking para o ambiente externo frio. Quanto menor o buraco negro, mais quente ele parece estar queimando, e queimará totalmente o quanto antes.
Just how soon? Well, don’t hold your breath. First of all, most black holes accrete, or absorb matter and energy, more quickly than they emit Hawking radiation. But even if a black hole with the mass of our Sun stopped accreting, it would take 10 to the 67th power years– many many magnitudes longer than the current age of the Universe— to fully evaporate. When a black hole reaches about 230 metric tons, it’ll have only one more second to live. In that final second, its event horizon becomes increasingly tiny, until finally releasing all of its energy back into the universe. And while Hawking radiation has never been directly observed, some scientists believe that certain gamma ray flashes detected in the sky are actually traces of the last moments of small, primordial black holes formed at the dawn of time.
Em quanto tempo? Bem, espere sentado. Antes de mais nada, a maioria dos buracos negros acumula ou absorve matéria e energia, mais rapidamente do que emitem radiação Hawking. Mas, mesmo que um buraco negro com a massa de nosso Sol parasse de crescer, levaria 10 elevado a 67 anos, muitíssimas grandezas a mais do que a idade atual do Universo, para evaporar completamente. Quando um buraco negro atinge cerca de 230 toneladas, ele terá apenas mais um segundo para viver. Naquele segundo final, seu horizonte de eventos torna-se cada vez mais minúsculo, até finalmente liberar toda a sua energia de volta ao Universo. Embora a radiação de Hawking nunca tenha sido diretamente observada, alguns cientistas acreditam que certos clarões de raios gama detectados no céu são, na verdade, vestígios dos últimos momentos de pequenos buracos negros primordiais formados no início dos tempos.
Eventually, in an almost inconceivably distant future, the universe may be left as a cold and dark place. But if Stephen Hawking was right, before that happens, the normally terrifying and otherwise impervious black holes will end their existence in a final blaze of glory.
Por fim, em um futuro quase inconcebivelmente distante, o Universo pode ser deixado como um lugar frio e escuro. Mas, se Stephen Hawking estava certo, antes que isso aconteça, os buracos negros geralmente aterrorizantes, mesmo que impenetráveis, terminarão sua existência em uma explosão final de glória.