Dispositivo óptico imita buracos negros e buracos brancos

 Buracos negros e buracos brancos 

Cientistas construíram um aparato experimental que permite simular a radiação eletromagnética capturada ou emitida tanto por buracos negros quanto por buracos brancos.

O dispositivo é formado por um prisma duplo com uma película fina entre eles. [Imagem: Nina Vaidya/University of Southampton]

Os buracos negros são bem conhecidos por sua capacidade de aprisionar luz e matéria, curvando o espaço-tempo, criando um ponto sem retorno conhecido como horizonte de eventos. Mas há também um outro conceito teórico, conhecido como "buraco branco", que seria o inverso de um buraco negro, expelindo luz e matéria em vez de absorvê-las.

Já existem propostas de criar um análogo de buraco negro usando lasers e até criar um buraco negro eterno, mas Eric Plum e seus colegas da Universidade de Southampton, no Reino Unido, queriam algo mais versátil.

Eles então projetaram um dispositivo óptico que consegue simular aspectos tanto dos buracos negros quanto dos buracos brancos.

O dispositivo se baseia em um princípio conhecido como absorção coerente perfeita de ondas de luz. Dependendo da polarização da luz, o dispositivo pode absorver ou rejeitar essa luz quase completamente, de forma análoga ao comportamento de um buraco negro ou de um buraco branco no espaço.

"Os análogos são formas de acessar a física, especialmente para objetos distantes como buracos negros, uma vez que as estruturas matemáticas e os aspectos dos princípios físicos se repetem de maneiras surpreendentes em vários sistemas - desde fenômenos celestes até dispositivos em nanoescala e picoescala," disse a professora Nina Vaidya - o análogo aproveita uma inovação anterior da equipe, um concentrador de luz que pode revolucionar os painéis solares.

É só ajustar o equipamento para que ele simule um buraco negro ou um buraco branco. [Imagem: Eric Plum et al. - 10.1117/1.AP.7.2.025001]

Outras aplicações

O simulador de buracos negros e brancos funciona formando uma onda estacionária a partir das ondas de luz incidentes, onde as interações com um absorvedor ultrafino levam à absorção ou à transmissão perfeitas, com base na polarização da luz. Em termos simples, ele se comporta como um objeto que absorve ou que repele a luz de modo quase perfeito.

"Nós apresentamos o conceito de buracos negros e brancos ópticos que absorvem deterministicamente quase toda a luz de uma polarização, rejeitando a luz da polarização ortogonal. Ele se baseia em nossa demonstração experimental de absorção coerente perfeita em banda larga em dispositivos compactos, possibilitada por coerência espacial e interferência, enquanto a sensibilidade à polarização é adquirida a partir da fase geométrica dos feixes interferentes," detalhou Vaidya. 

Os experimentos de prova de conceito da equipe comprovaram que seu dispositivo óptico manipula as ondas eletromagnéticas de uma forma que espelha o comportamento dos buracos negros e brancos. E simulações mostraram a ausência de reflexão, para formar um análogo de buraco negro, e a formação de uma onda estacionária devido à interferência da luz incidente e refletida, criando um análogo de buraco branco.

Mas o dispositivo é versátil, podendo seu usado em outras aplicações. "Nosso dispositivo óptico pode ser empregado como um análogo para estudar e explorar a física desses fenômenos celestes distantes; ou mesmo para fornecer uma estrutura prática para diversas aplicações potenciais de ajuste de ondas eletromagnéticas e interações aprimoradas de luz e matéria, como detecção, conversão de energia, camuflagem multiespectral, tecnologias furtivas e muito mais," concluiu Vaidya.

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