Buraco negro dentro de chip confirma teorias de Einstein

Além do horizonte de eventos - a fronteira além da qual nada escapa - os buracos negros possuem uma região chamada esfera fotônica, uma região onde o espaço-tempo é fortemente curvado. [Imagem: Sheng et al./Nature Photonics]

Lentre gravitacional

Segundo a Teoria da Relatividade de Einstein, corpos de grande massa fazem a luz se curvar, um efeito chamado de lente gravitacional.

Isso acontece porque a enorme gravidade deforma o espaço-tempo, fazendo com que o caminho mais curto para a luz ao redor de uma estrela maciça, por exemplo, seja uma curva.

Não é possível criar um buraco negro em miniatura para demonstrar coisas desse tipo em sala de aula, mas é possível deixar a gravidade de lado e reproduzir o fenômeno da lente gravitacional usando apenas luz.

Foi o que demonstraram C. Sheng e Hui Liu, da Universidade de Nanjing, na China, que são especialistas em metamateriais.

"Lente gravitacional óptica"

Os pesquisadores chineses criaram, no interior de uma pastilha de plástico, uma estrutura fotônica que imita a curvatura do espaço-tempo.

Em vez de se propagar pelo espaço, no interior do chip a luz viaja através de materiais sólidos transparentes com diferentes índices de refração.

O fenômeno é o mesmo que faz uma colher parecer quebrada ao ser mergulhada em um copo de água, o que ocorre devido à diferença de índices de refração na interface entre o ar e a água.

Os pesquisadores construíram um material no qual o índice de refração não muda abruptamente, como no experimento da colher no copo de água, mas vai variando aos poucos, fazendo com que a luz curve suavemente, imitando o efeito gerado por um corpo celeste de grande massa.

Para variar o índice de refração do plástico, a equipe aqueceu o material e adicionou microesferas de poliestireno. Como o plástico avançou sobre as microesferas conforme esfriava, sua espessura aumentou nas proximidades das esferas.

O índice de refração variável obtido é um análogo exato da curvatura da geometria do espaço-tempo em torno de uma estrela de grande massa.

Em vez de se propagar pelo espaço, no interior do chip a luz viaja através de materiais sólidos transparentes com diferentes índices de refração. [Imagem: Sheng et al./Nature Photonics]

Esfera fotônica

Esta é a primeira vez que se consegue obter uma solução exata para as equações de Einstein usando um modelo inteiramente óptico, sem qualquer participação da gravidade.

É também a primeira demonstração da teoria que tenta explicar um fenômeno astrofísico que nunca foi observado - a chamada esfera fotônica de um buraco negro.

Os buracos negros têm uma gravidade tão forte que não deixam nada escapar, nem mesmo a luz.

Contudo, além do seu horizonte de eventos - a fronteira além da qual nada escapa - os buracos negros possuem uma região chamada esfera fotônica, uma região onde o espaço-tempo é fortemente curvado, somente aprisionando a luz em rotas curvas.

Não é possível observar esse fenômeno em buracos negros reais porque, por definição, a luz que comprovaria sua existência fica presa e, portanto, nunca chega aos telescópios.

O chip agora construído permite visualizar perfeitamente a esfera fotônica de um buraco negro, além de fenômenos de lentes gravitacionais menos extremos.

• Metamateriais vão testar mudanças na estrutura do espaço-tempo

Bibliografia:

Trapping light by mimicking gravitational lensing
C. Sheng, H. Liu, Y. Wang, S. N. Zhu, D. A. Genov
Nature Photonics
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nphoton.2013.247

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