Qual a diferença entre a singularidade do Big Bang e de um buraco negro?

O universo é cheio de coincidências – como o tamanho da lua e do sol no céu, mesmo que eles sejam muito diferentes e distantes. Ou a forma da nebulosa Pac Man. Ou a natureza do próprio universo. Por exemplo, vamos considerar os buracos negros, regiões do espaço onde a matéria e energia são esmagadas tão densamente que a velocidade de escape gravitacional excede a velocidade da luz.

Nós não sabemos quão grandes os buracos negros são, mas é possível que eles tenham “engolido” uma região infinitamente densa, o que é conhecido como singularidade. Você já deve ter ouvido essa palavra antes, muito citada quando discutimos a formação do universo. 13,8 bilhões de anos atrás, tudo que existia foi esmagado em uma região de densidade infinita. Numa fracção de segundo, tudo se expandiu e o universo surgiu. Os astrônomos chamam essa região de densidade infinita de singularidade do Big Bang.

Duas singularidades diferentes

Será que a singularidade do Big Bang foi apenas a singularidade de um buraco negro muito grande? Um buraco negro com toda a massa do universo dentro dele?

De acordo com o Dr. Paul Matt Sutter, astrofísico da Universidade Estadual de Ohio e do Observatório Astronômico de Trieste, não.

“A singularidade é um lugar de densidade infinita, e isso não é realmente uma coisa. Significa apenas que a matemática que estamos usando para descrever as coisas é quebrada, uma vez que temos infinitos em nossas respostas quando tentamos calcular o que está acontecendo. Até onde sabemos, essa deturpação matemática só acontece em dois locais. Um é no centro de um buraco negro, onde o material é tão comprimido que não podemos seguir a matemática mais, e o outro é no início do universo, quando o universo inteiro está esmagado em um pequeno volume de tão alta densidade que não podemos seguir a matemática mais. 

Então essa é a única coisa que eles têm em comum – que há uma singularidade, o que significa que não podemos fazer matemática mais”, Sutter explica a Fraser Cain, do Universe Today, conforme relata o site Phys.org.  Mas a singularidade dessas duas coisas é diferente. O buraco negro é um ponto no espaço-tempo, um pedaço do universo que está embutido em um universo maior, enquanto que a singularidade do Big Bang é todo o universo.

Por que o início do universo não “caiu” dentro de um buraco negro?

A densidade no início do universo era extremamente elevada. Então por que o universo não se comportou como um buraco negro? Por que, ao invés disso, se expandiu?

Comparar o início do universo a um buraco negro é uma coisa difícil. Em ambos os casos, estamos usando a relatividade geral, que governa as leis desses sistemas, para descrevê-los. Mas estamos usando o mesmo conjunto de equações em diferentes cenários, para descrever coisas diferentes.

“Um buraco negro é uma solução particular de equações da relatividade geral de Einstein, e a solução decorre de fazer a pergunta ‘Se eu pegar um monte de coisas e compactá-las em incrivelmente altas densidades, o que acontece?’. A resposta é que você começa uma singularidade cercada por um horizonte de eventos”, explica Sutter.

No início do universo, temos uma solução diferente. O buraco negro é estático – é fixo, é imutável com o tempo. Isso é uma suposição na matemática. No início do universo, as coisas estão mudando. É um conjunto diferente de questões que estamos tentando responder quando aplicamos a relatividade geral.

“Se eu encher todo o universo uniformemente com um monte de coisas, o que todo o universo faz?”. Há apenas duas respostas. Ou as coisas no universo fazem com que o material entre em colapso e se contraia, ou as coisas no universo fazem com que o universo se expanda. E isso depende do que o universo é feito – e ele é feito do tipo de coisa que faz com que se expanda. É esse componente de evolução temporal que é importante, que define a diferença entre o que está acontecendo no início do universo e o que está acontecendo em um buraco negro.

Buracos negros poderiam ter se formado no início do universo?

Com densidades incrivelmente altas, será que um pedaço do universo comprimido não formou um buraco negro? Sutter crê que talvez nos primeiros microssegundos. E por que esse buraco negro não consumiu o resto do universo? 

O que separa um buraco negro do resto das coisas é que ele é muito mais denso do que seus arredores. A fim de criar um, é necessário ter um pouco de material extra, como uma nuvem de gás ou uma estrela, com uma densidade pouco maior do que o normal. Em seguida, a gravidade pode trabalhar e começar a puxar mais e mais coisas, até chegar ao colapso gravitacional que leva a um buraco negro.

No início do universo, tudo era uniforme. Não havia diferenças de gravidade. A densidade era alta, mas não se sentia qualquer força gravitacional em qualquer lugar porque tudo tinha a mesma densidade. Buracos negros só apareceram no universo muito mais tarde.

O universo está se expandindo, mas pode um dia entrar em colapso?

Vários astrofísicos e cosmólogos se preocupam com um cenário trágico para o fim do universo: o Big Cruch, o oposto do Big Bang. Se isso acontecesse, a expansão vista hoje iria desacelerar, parar e, em seguida, se reverter.  No momento, não dá para saber bem o que será do universo. Por enquanto, a energia escura está aqui, e ela faz com que a expansão do universo acelere e não o contrário.

Mas também podemos ver a hipótese do colapso com outros olhos. Se tomássemos a massa e energia do universo inteiro e as transformássemos em um buraco negro, isso teria quase a mesma densidade exata que o próprio universo, e um horizonte de eventos maior do que o universo observável. Ou seja, se estivéssemos vivendo dentro de um buraco negro, provavelmente não saberíamos.