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