Os sinais de 'outras dimens�es' no material expelido pelos buracos negros

Desvendar as propriedades e o comportamento do universo nos buracos negros, onde o espa�o-tempo se curva abruptamente, oferece desafios ins�litos.

Estamos diante dos aspectos qu�nticos da gravidade. Neles, procuramos sinais de outras dimens�es, al�m das quatro que j� conhecemos.

Por que acreditamos que elas possam existir?

A gravidade � uma for�a muito familiar, mas ela n�o se enquadra nas f�rmulas cl�ssicas da f�sica conhecida. N�o conseguimos explicar por que ela � muito mais fraca que as outras for�as fundamentais.

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Explicar essa singularidade - a fraqueza da gravidade - foi o que nos levou a procurar esses sinais que confirmem a exist�ncias de outras dimens�es. Essas dimens�es adicionais podem estar afetando a gravidade e ser o motivo da sua fraqueza.

Por isso, os jatos de mat�ria expelidos pelos buracos negros podem ser a chave para encontrar sinais da exist�ncia dessas outras dimens�es.

Se encontrarmos evid�ncias de dimens�es ex�ticas do espa�o-tempo al�m daquelas quatro que percebemos (tr�s espaciais e uma temporal), poderemos caracterizar a gravita��o, compreend�-la e resolver alguns dos mist�rios mais profundos da ci�ncia - entre eles, a expans�o do universo.

Dimens�es muito grandes ou muito pequenas

Se existirem outras dimens�es, elas n�o devem causar efeito sobre o nosso dia a dia. Mas existem teorias em que as dimens�es adicionais do espa�o-tempo s�o necess�rias para unificar a f�sica como a conhecemos.

A teoria das cordas defende a exist�ncia de pelo menos 10 dimens�es. Ela considera as tr�s dimens�es espaciais conhecidas, o tempo e outras seis que, segundo se sup�e, formam um espa�o muito pequeno ou muito grande.

Essas dimens�es adicionais podem ser t�o pequenas (abaixo da escala de Planck, quase a 10-35 metros) que s�o impercept�veis, mesmo com a precis�o atingida pelos experimentos atuais mais avan�ados, como o Grande Colisor de H�drons (LHC, na sigla em ingl�s). Ou elas podem ser muito grandes, de forma que n�o ter�amos acesso por estarmos restritos a viver em uma folha quadridimensional dentro desse universo de dimens�es adicionais.

� neste �ltimo cen�rio que desenvolvemos um modelo para procurar os efeitos das dimens�es adicionais nos jatos emitidos pelos buracos negros.

Os jatos expelidos pelos buracos negros

Um enorme n�mero de buracos negros no universo emite feixes de mat�ria relativa, conhecidos como jatos.

A precis�o com que os telesc�pios v�m registrando dados sobre jatos de buracos negros nos �ltimos dois anos � assombrosa - por exemplo, o telesc�pio espacial James Webb, o Telesc�pio do Horizonte de Eventos e o Observat�rio Espacial Europeu.

Com esses dados obtidos, em uma nova teoria proposta pendente de publica��o, analisamos a possibilidade dos efeitos das dimens�es adicionais sobre esses jatos de mat�ria.

Como esperamos que a gravidade ocupe todas as dimens�es existentes, seus efeitos poderiam ser observados nos jatos. Com isso, os feixes dos buracos negros tornam-se canais especialmente promissores para sua detec��o.

Seriam estes modelos a chave para desmentir ou confirmar a exist�ncia de dimens�es adicionais do espa�o-tempo?

Os rastros de outras dimens�es

Para poder determinar os efeitos das dimens�es do espa�o-tempo em feixes de buracos negros, primeiramente devemos elaborar as solu��es desses modelos. Para isso, criamos o primeiro modelo para verificar como a poss�vel exist�ncia de dimens�es adicionais afetaria os feixes de buracos negros que observamos atualmente.

Se existirem, essas dimens�es adicionais afetariam a rota��o do buraco negro? Reduziriam sua efic�cia para emitir feixes de energia?

Aplicando o modelo, encontramos dois efeitos distintos.

Com respeito � rota��o do buraco negro, encontramos a mesma depend�ncia que em quatro dimens�es e menor efic�cia do fluxo energ�tico. Isso significa que, � medida que os feixes de energia emitidos pelos buracos negros girat�rios propagam-se pelas cinco dimens�es espa�o-temporais do novo modelo, sua pot�ncia continua tendo a mesma depend�ncia do par�metro de rota��o do buraco negro em quatro dimens�es.

Por isso, este aspecto um tanto inesperado das solu��es n�o permite diferenciar entre quatro e cinco dimens�es. Ele n�o serve para demonstrar a exist�ncia de dimens�es adicionais.

Mas o segundo efeito � mais promissor. Se considerarmos a exist�ncia de outras dimens�es, ocorre redu��o da efic�cia do buraco negro para emitir feixes de energia.

Para responder � pergunta, � preciso acrescentar uma dificuldade adicional. Os jatos como conhecemos atualmente possuem efic�cia maior que a esperada segundo os modelos cl�ssicos de quatro dimens�es.

Isso pareceria indicar que os modelos com mais dimens�es deveriam ser desconsiderados. Mas ainda existem muitos par�metros a serem analisados. Nos pr�ximos anos, os novos telesc�pios que est�o agora coletando dados fornecer�o maior precis�o para caracterizar a regi�o de emiss�o de massa dos buracos negros.

Esperamos poder ent�o realmente comparar os modelos te�ricos de dimens�es espa�o-temporais que foram criados.

Einstein demonstrou a exist�ncia dos buracos negros com f�rmulas matem�ticas. Eram apenas solu��es fict�cias escritas no papel. D�cadas depois, conseguimos comprovar sua exist�ncia e at� fotograf�-los.

Da mesma forma, os modelos te�ricos de v�rios tipos servir�o para demonstrar a exist�ncia ou inexist�ncia de outras dimens�es. E, talvez um dia, possamos encontrar a primeira porta para outra dimens�o no jato de um buraco negro.

* Mar�a Jos� Rodr�guez � pesquisadora do Instituto de F�sica Te�rica do Conselho Superior de Pesquisas Cient�ficas da Espanha.

Este artigo foi publicado originalmente no site de not�cias acad�micas The Conversation e republicado sob licen�a Creative Commons.

Leia aqui a vers�o original em espanhol.

- Este texto foi publicado em https://www.bbc.com/portuguese/geral-63511051