O Eterno Mistério dos Buracos Negros

Boas

Acho que desde sempre, um dos fenómenos que mais me intrigaram no espaço, foram os buracos negros.
Desde sempre não. Desde a série Cosmos, do saudoso Carl Sagan, onde por palavras fáceis de entender e uma ternura ao ensinar, me agarraram para sempre a estas coisas.

O mistério prende-se com o perceber, não só como nasceram, mas para o que servem, no balanço do Universo, mas especialmente com o que se passa lá dentro.

E há uma constante de proporcionalidade entra a massa duma Galáxia e a massa do seu buraco negro super-maciço. Porque todas as galáxias têm um, mesmo a nossa Via Láctea, e surpresa das surpresas, o nosso está a acordar de novo, após milhares de anos em latência.

É quase impossível perceber como tudo, matéria, energia e luz, é comprimido ao nível infinitesimal. Mas, e depois?...se não podemos estudar um buraco negro, como saber?

Mas pode-se tentar:

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New Way To Reproduce A Black Hole?

ScienceDaily (Aug. 22, 2009) — Despite their popularity in the science fiction genre, there is much to be learned about black holes, the mysterious regions in space once thought to be absent of light. In a paper published in the August 20 issue of Physical Review Letters, Dartmouth researchers propose a new way of creating a reproduction black hole in the laboratory on a much-tinier scale than their celestial counterparts.

The new method to create a tiny quantum sized black hole would allow researchers to better understand what physicist Stephen Hawking proposed more than 35 years ago: black holes are not totally void of activity; they emit photons, which is now known as Hawking radiation.

"Hawking famously showed that black holes radiate energy according to a thermal spectrum," said Paul Nation, an author on the paper and a graduate student at Dartmouth. "His calculations relied on assumptions about the physics of ultra-high energies and quantum gravity. Because we can't yet take measurements from real black holes, we need a way to recreate this phenomenon in the lab in order to study it, to validate it."

In this paper, the researchers show that a magnetic field-pulsed microwave transmission line containing an array of superconducting quantum interference devices, or SQUIDs, not only reproduces physics analogous to that of a radiating black hole, but does so in a system where the high energy and quantum mechanical properties are well understood and can be directly controlled in the laboratory. The paper states, "Thus, in principle, this setup enables the exploration of analogue quantum gravitational effects."

"We can also manipulate the strength of the applied magnetic field so that the SQUID array can be used to probe black hole radiation beyond what was considered by Hawking," said Miles Blencowe, another author on the paper and a professor of physics and astronomy at Dartmouth.

This is not the first proposed imitation black hole, says Nation. Other proposed analogue schemes have considered using supersonic fluid flows, ultracold bose-einstein condensates and nonlinear fiber optic cables. However, the predicted Hawking radiation in these schemes is incredibly weak or otherwise masked by commonplace radiation due to unavoidable heating of the device, making the Hawking radiation very difficult to detect. "In addition to being able to study analogue quantum gravity effects, the new, SQUID-based proposal may be a more straightforward method to detect the Hawking radiation," says Blencowe.

In addition to Nation and Blencowe, other authors on the paper include Alexander Rimberg at Dartmouth and Eyal Buks at Technion in Haifa, Israel.

The new method to create a tiny quantum sized black hole would allow researchers to better understand what physicist Stephen Hawking proposed more than 35 years ago: black holes are not totally void of activity; they emit photons, which is now known as Hawking radiation.

"Hawking famously showed that black holes radiate energy according to a thermal spectrum," said Paul Nation, an author on the paper and a graduate student at Dartmouth. "His calculations relied on assumptions about the physics of ultra-high energies and quantum gravity. Because we can't yet take measurements from real black holes, we need a way to recreate this phenomenon in the lab in order to study it, to validate it."

In this paper, the researchers show that a magnetic field-pulsed microwave transmission line containing an array of superconducting quantum interference devices, or SQUIDs, not only reproduces physics analogous to that of a radiating black hole, but does so in a system where the high energy and quantum mechanical properties are well understood and can be directly controlled in the laboratory. The paper states, "Thus, in principle, this setup enables the exploration of analogue quantum gravitational effects."

"We can also manipulate the strength of the applied magnetic field so that the SQUID array can be used to probe black hole radiation beyond what was considered by Hawking," said Miles Blencowe, another author on the paper and a professor of physics and astronomy at Dartmouth.

This is not the first proposed imitation black hole, says Nation. Other proposed analogue schemes have considered using supersonic fluid flows, ultracold bose-einstein condensates and nonlinear fiber optic cables. However, the predicted Hawking radiation in these schemes is incredibly weak or otherwise masked by commonplace radiation due to unavoidable heating of the device, making the Hawking radiation very difficult to detect. "In addition to being able to study analogue quantum gravity effects, the new, SQUID-based proposal may be a more straightforward method to detect the Hawking radiation," says Blencowe.

In addition to Nation and Blencowe, other authors on the paper include Alexander Rimberg at Dartmouth and Eyal Buks at Technion in Haifa, Israel.

Illustration of a binary black hole system. (Credit: NASA/JPL)

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in ScienceDaily

Buracos negros em laboratório. Certo. Mas a mim mete-me algum medo. Ainda hoje não confio no LHC, que até tem estado parado, com problemas técnicos e avarias. E avariou mal foi ligado.

Há forças no Universo que considero serem demasiado grandes para o nível da tecnologia e sabedoria humana. No caso do LHC, há quem diga que pode provocar, se mal usado, um buraco negro na Terra.

Coisa que pelo que sei, não há muitas probabilidades de acontecer.

Mas entre o não haver muitas, e o não haver nenhumas, vai uma grande diferença.

O LHC é o maior instrumento científico do mundo e foi construído pelo CERN ( "Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire", ao qual Portugal pertence desde 1985) nos arredores de Geneva, Suíça para substituir o LEP (Large Electron Positron). Quando ligado, vai acelerar feixes de protões a energias sem precedentes ao longo do seu túnel circular de 27km construído 100m abaixo da superfície. Os dois feixes de partículas vão viajar em direcções opostas e, em quatro pontos do anel, os seus caminhos intersectar-se-ão e as partículas colidirão de frente com partículas que viajam na direcção oposta. Nos pontos de intersecção, os cientistas construiram quatro enormes detectores, do tamanho de catedrais, para detectar os resultados das colisões.

A maior parte dos desafios computacionais que o LHC enfrenta requerem enormes capacidades de armazenamento - o LHC produzirá 15 Petabytes (o equivalente a 21 milhões de CDROMs) de dados por ano. Estas características significam que a maioria dos programas de análise não pode ser executados em PCs individuais. É por isso que o CERN está a desenvolver computação distribuída com o objectivo de ligar centenas dos maiores centros de computação por todo o mundo.

Apesar disso, há excepções onde a computação pública faz sentido para o LHC. O departamento de tecnologias de informação do CERN virou-se para a tecnologia usada pelo SETI@Home agora que o BOINC (é um dos projectos que adicionei à minha computação pessoal, sendo que suporto neste momento Seti@home, LHC@home, Rosetta@home, Einstein@Home, Spinhenge@home, ClimatePrediction.net e World Community Grid ) a tornou acessível a diferentes projectos científicos. Um programa chamado SixTrack , que simula a viagem de partículas ao longo do LHC para estudar a estabilidade das suas órbitas, cabe num único PC e requer reduzidos inputs e outputs.

O SixTrack simula 60 partículas de cada vez à medida que elas efectuam 100000 voltas ao anel do LHC. Pode parecer muito mas na verdade isso é o equivalente a menos de 10 segundos no mundo real. Ainda assim é o suficiente para testar se o feixe se mantém numa órbita estável, ou se, pelo contrário, corre o risco de sair fora de controlo embatendo nas paredes do tubo de vácuo - um problema muito sério que na vida real implicaria a paragem da máquina para reparações.

Repetindo os cálculos milhares de vezes é possível determinar as condições segundo as quais o feixe se torna estável.

O desenvolvimento do SixTrack contou com a participação de Dave Anderson, o director do SETI@Home e BOINC e ainda com uma dedicada equipa de estudantes liderada por Ben Segal

De cada vez que um novo íman é instalado no LHC são efectuadas medições às suas propriedades. Se ele se desvia significativamente das especificações, o SixTrack é lançado imediatamente para estudar o impacto, se algum, que as diferenças podem ter nas operações da máquina. Ter resultados simulados via computação o mais rapidamente possível faz uma grande diferença para os engenheiros que instalam os ímanes.

A minha opinião pessoal limita-se apenas ao que li sobre o assunto.

A mim entusiasma-me saber se os modelos físicos sobre a criação do Universo, Espaço, Matéria e Tempo, podem completados e confirmadas todas as teorias, não só de Einstein, mas como de Stephen Hawkins e outros. Não sou físico quântico, nem teórico, tenho apenas noções muito básicas, para aquilatar na realidade os perigos. Espero só que tudo tenha sido bem feito e calculado. As partículas elementares não são para brincar, isso eu sei. São uma tremenda força, mais poderosa que possamos imaginar. Erros de cálculo vão-se pagar muito mas mesmo muito caros!!!

E voltando ao primeiro tema, mesmo em laboratório, testes de buracos negros em escala pequena, não fico sossegado, porque sei que o vão querer fazer em tamanho grande, tal como o LHC.

Como eu disse antes, as forças que gerem o Universo são demasiado grandes e demasiado desconhecidas para se brincar com elas.

A curiosidade matou o gato. Espero que isso não se aplique...