Em 1972, William Press e Saul Teukolsky teorizaram um conceito apelidado de 'bomba de buraco negro'. Sua ideia baseava-se na amplificação exponencial de ondas por um buraco negro em rotação, confinado em um sistema de espelhos. Quase cinquenta anos depois, uma equipe internacional validou experimentalmente essa teoria.
A experiência baseou-se nos trabalhos de Roger Penrose e Yakov Zel'dovich. O primeiro imaginou em 1969 um meio de extrair energia de um buraco negro em rotação. O segundo descobriu em 1971 que um objeto em rotação poderia amplificar ondas eletromagnéticas sob certas condições, um efeito agora conhecido como efeito Zel'dovich.
Para reproduzir esse efeito, os pesquisadores usaram um cilindro de alumínio girando em alta velocidade. Cercado por bobinas metálicas, este dispositivo permitiu observar a amplificação de um campo magnético fraco, confirmando assim o fenômeno da superradiância.
A equipe levou a experiência ao limite, provocando uma instabilidade que gerou ondas espontaneamente amplificadas. Esta etapa crucial às vezes levou à destruição de componentes e, consequentemente, da experiência, demonstrando a intensidade das forças envolvidas. Os resultados, embora espetaculares, ainda precisam ser validados e publicados em uma revista científica.
Este avanço não diz respeito apenas aos buracos negros. Ele ilustra um princípio universal aplicável a diversos sistemas em rotação. As implicações abrangem desde a astrofísica até a termodinâmica ou a teoria quântica.
Os pesquisadores esperam que seu modelo ajude a entender melhor a rotação dos buracos negros.
O que é a superradiância?
A superradiância é um fenômeno em que um objeto em rotação amplifica as ondas que o atingem. Este conceito, inicialmente aplicado aos buracos negros, mostra como a energia pode ser extraída desses objetos cósmicos.
Quando uma onda encontra um buraco negro em rotação, parte de sua energia é refletida com uma amplitude maior. Este processo depende da velocidade de rotação do buraco negro e das propriedades da onda incidente.
Em laboratório, a superradiância foi simulada usando um cilindro metálico girando rapidamente. Os resultados confirmam que a amplificação de ondas é possível sem a presença de um buraco negro, ampliando assim o campo de aplicação desse fenômeno.
Esta descoberta pode ter implicações em diversas áreas, inclusive no desenvolvimento de novas tecnologias baseadas na amplificação de ondas eletromagnéticas.
Como funciona o efeito Zel'dovich?
O efeito Zel'dovich descreve a amplificação de ondas eletromagnéticas por um objeto em rotação. Previsto em 1971, ele baseia-se na ideia de que a rotação pode transferir energia para as ondas.
Para que esse efeito ocorra, a superfície do objeto deve se mover mais rápido do que a velocidade de fase da onda incidente. Esta condição é crucial para passar da absorção para a amplificação.
Na experiência recente, um cilindro em rotação serviu como modelo para um buraco negro. Os pesquisadores observaram que o campo magnético refletido era mais intenso do que o campo incidente, validando assim o efeito Zel'dovich.