Um físico da Universidade RUDN desenvolveu uma fórmula para calcular a radiação Hawking no horizonte de eventos de um buraco negro, que permite aos físicos determinar como essa radiação seria alterada com correções quânticas à teoria da gravidade de Einstein. Esta fórmula permitirá aos pesquisadores testar a precisão de diferentes versões da teoria da gravidade quântica, observando os buracos negros, e compreende um passo em direção à tão procurada "teoria da grande unificação" que conectaria a mecânica quântica e a relatividade. O artigo está publicado na revista Revisão Física D .

Embora a teoria da gravitação de Einstein corresponda à recente descoberta das ondas gravitacionais, ainda deixa algumas questões em aberto, incluindo a natureza da singularidade, matéria escura, energia escura, e a questão da gravidade quântica. Também, mesmo as observações das ondas gravitacionais não excluem que as teorias alternativas da gravitação podem ser precisas, e podem ser usados ​​para descrever buracos negros. Tais teorias, que incluem componentes quânticos adicionais, não contradiz o quadro observado de fusões de buracos negros. Cálculos feitos seguindo essas teorias prevêem o mesmo comportamento de buracos negros a uma grande distância uns dos outros, mas ao mesmo tempo, demonstrar características importantes perto do horizonte de eventos - a "fronteira" do buraco negro além da qual não há retorno.

Acredita-se que é impossível olhar além do horizonte de eventos de um buraco negro porque nada pode escapar, incluindo partículas e radiação. Contudo, Stephen Hawking provou que os buracos negros podem "evaporar" emitindo várias partículas elementares. Isso significa que, com o tempo, todas as informações absorvidas por um buraco negro podem desaparecer, o que é contrário às idéias fundamentais sobre a informação - acredita-se que a informação não pode desaparecer sem deixar vestígios. Portanto, teorias alternativas da gravitação, visa eliminar este paradoxo, tornaram-se mais populares porque poderiam contribuir para uma teoria da gravitação quântica.

Uma das abordagens mais promissoras é a teoria de Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet com dilaton - ela aplica componentes quânticos como uma correção à Teoria da Relatividade Geral.

"A teoria alternativa que consideramos é inspirada no limite de baixa energia da teoria das cordas, a chamada teoria de Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet com dilaton. Além da parte Einstein, ele contém termos de curvatura quadrática e um campo escalar, "Roman Konoplya, um pesquisador do Instituto Educacional e de Pesquisa de Gravitação e Cosmologia da Universidade RUDN, diz.

Para descrever como um buraco negro responde a perturbações gravitacionais externas, cosmologistas usam o conceito de modos quasinormais. Os modos são oscilações que ocorrem quando uma ação externa em um buraco negro, cujas características dependem da força do impacto e dos parâmetros do próprio buraco negro. Eles são chamados de quasinormais porque eles desaparecem com o tempo e sua amplitude pode ser medida apenas por um pequeno período. Essas oscilações são geralmente descritas usando a frequência como um número complexo, a parte real são as oscilações periódicas, e o imaginário - a taxa de decaimento.

O físico da RUDN University, junto com os cientistas da República Tcheca Antonina Zinhailo e Zdeněk Stuchlík, estudou radiação clássica (quasinormal) e quântica (de Hawking) de campos de teste no fundo de um quadridimensional, buraco negro esfericamente simétrico e assintoticamente plano na teoria de Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet com dilaton. Eles obtiveram uma fórmula analítica para o estado eikonal dos modos quasinormais e a usaram para calcular os modos quasinormais do escalar de teste e dos campos de Maxwell e estimaram a intensidade da radiação de Hawking para o buraco negro de Einstein-dilaton-Gauss-Bonnet.

Os campos de texto são todos campos nas proximidades de um buraco negro porque se propagam em seu fundo (por exemplo, um campo de Dirac ou um campo eletromagnético). A intensidade da radiação eletromagnética de Hawking e o campo de Dirac provaram ser uma característica significativamente mais sensível do que seu espectro quasinormal, mostrando um aumento na taxa de emissão de energia em 57% e 48%, respectivamente, para os campos.

"Obtivemos uma estimativa da intensidade da evaporação Hawking dos buracos negros, levando em consideração as correções quânticas à geometria do buraco negro, "Roman Konoplya conclui.

"Radiação clássica (por exemplo, ondas eletromagnéticas ou outras) diferem das de Einstein apenas alguns por cento, isso é, A radiação Hawking é um mecanismo muito mais sensível. Os modos quasinormais são as frequências da radiação clássica, que, ao contrário dos modos quânticos, diferem pouco do caso Einstein. No futuro, talvez observando os buracos negros primários que apareceram no início do universo, isso pode esclarecer nossas idéias sobre as correções quânticas da gravidade. "