Os cientistas investigam o fundo cósmico de microondas e a radiação do buraco negro para testar nossa compreensão do eletromagnetismo.
Proposta no início da década de 1860, a teoria da eletrodinâmica de Maxwell ajudou a elucidar as propriedades dos campos eletromagnéticos e é usada para descrever com precisão as propriedades da eletricidade, magnetismo e luz.
Apesar de seu sucesso inegável, essa teoria tem limitações. Por exemplo, quando é usado para calcular a massa de uma partícula carregada, a resposta que a teoria fornece é infinita. A partir de experimentos, sabemos que a massa de qualquer partícula é finita (caso contrário, seria necessária uma força infinita para movê-la), o que significa que a teoria de Maxwell não pode ser usada para explicar totalmente as propriedades das partículas subatômicas.
Na década de 1930, dois físicos da Universidade de Cambridge chamados Max Born e Leopold Infeld proposto uma modificação da teoria de Maxwell agora conhecida como eletrodinâmica de Born-Infeld, na qual as massas calculadas das partículas se tornam finitas.
Desde então, muitas alternativas à teoria da eletrodinâmica de Maxwell foram apresentadas, mas o problema que todas essas teorias enfrentaram é que suas previsões normalmente se desviam significativamente das de Maxwell apenas para campos fortes, como o campo eletromagnético ao redor de um buraco negro. Como resultado, essas teorias não podem ser testadas, pois esses campos não podem ser replicados em laboratório, deixando os cientistas sem respostas concretas.
Comparando teorias
Para esclarecer essa questão, uma equipe de físicos da Itália e da Turquia liderada por Amodio Carleo, da Università di Salerno e do Osservatorio Astronomico di Cagliari, propôs estudar campos eletromagnéticos que não existem na Terra, mas no espaço, onde fenômenos extremos, como buracos negros e estrelas de nêutrons ou explosões de supernovas e rajadas de raios gama, podem gerar campos muito poderosos.
Em um estudo recentemente publicado na Annalen der Physikeles usaram modificações na teoria da eletrodinâmica de Maxwell para analisar dois tipos de ondas eletromagnéticas: a radiação da matéria orbitando um buraco negro (também conhecido como disco de acreção) e a radiação cósmica de fundo em micro-ondas.
Embora esta radiação de fundo de micro-ondas seja atualmente muito fraca, suas propriedades podem fornecer pistas sobre o que aconteceu durante os primeiros momentos após o Big Bang, quando os campos eletromagnéticos eram fortes o suficiente para que a teoria de Maxwell fosse razoavelmente comparada a outros candidatos para testar o quão bem ela se sustenta. contra as alternativas.
Para comparar os resultados de seu estudo teórico com a observação, a equipe usou dados coletados de telescópios espaciais, como o Planck Observatório. Eles descobriram que o espectro do fundo de microondas como o observamos hoje está de acordo com a teoria de Maxwell e contradiz fortemente as previsões feitas por muitas das alternativas, indicando que a verdadeira teoria do eletromagnetismo pode ser muito semelhante à teoria de Maxwell.
Em relação aos buracos negros, um campo eletromagnético “super forte” é gerado por seus discos de acreção. No estudo atual, a análise dos pesquisadores determinou que as propriedades calculadas da radiação do disco de acreção usando a teoria de Maxwell realmente diferem daquelas previstas por teorias alternativas, como era esperado. Os autores não compararam seus cálculos com observações, mas observaram que os experimentos futuros serão outra maneira de descobrir qual teoria é a verdadeira teoria do eletromagnetismo.
Experimentos futuros
Embora esses resultados sejam promissores, os cientistas precisam fazer mais pesquisas e comparar seus resultados com as observações. Por exemplo, seus cálculos são válidos para buracos negros de rotação lenta, mas muitos buracos negros giram muito rapidamente e, portanto, pesquisas futuras precisarão investigar as propriedades da radiação nesses casos.
Somente estudos experimentais podem ajudar a encontrar a resposta final para a questão da verdadeira teoria do eletromagnetismo. Para validar quaisquer cálculos teóricos, é necessário medir com mais precisão a intensidade da radiação do disco de acreção de um buraco negro e os parâmetros da radiação cósmica de fundo. Esperançosamente, os métodos e instrumentos necessários estarão disponíveis em um futuro próximo.
Referência: Amodio Carleo, Gaetano Lambiase e Ali Övgün, Eletrodinâmica não linear na extração de energia de Blandford-Znajek, Annalen der Physik (2023). DOI: 10.1002/andp.202200635.
Crédito da imagem em destaque: NASA
