Físicos criam buraco negro de luz para testar teoria de Stephen Hawking
Experimento com fibra óptica reproduziu características previstas para radiação Hawking e observou, pela primeira vez, seu efeito sobre o buraco negro simulado
Físicos conseguiram reproduzir, em laboratório, um dos fenômenos mais intrigantes previstos pela física moderna ao criar um buraco negro simulado com luz. O experimento permitiu observar características da chamada “radiação Hawking” e, pela primeira vez, registrar o efeito que essa radiação exerce sobre o próprio objeto que a produz, um fenômeno conhecido como: Reação de retorno (backreaction).
Os resultados foram publicados em 1º de julho na revista científica Nature e representam um avanço no estudo de uma das teorias propostas pelo físico britânico Stephen Hawking.
Experimento simulou um buraco negro em laboratório
Como a radiação Hawking nunca foi observada diretamente em buracos negros reais, devido ao fato de ser extremamente fraca, os pesquisadores recorreram a um modelo experimental baseado em fibras ópticas.
Para criar o chamado buraco negro análogo, a equipe utilizou um intenso pulso de luz em uma fina fibra de cristal fotônico. À medida que atravessava o material, esse pulso alterava temporariamente a forma como a luz se propagava pelo vidro, produzindo uma espécie de frente em movimento.
Em seguida, um segundo pulso de luz, mais fraco, foi enviado pela fibra. Quando ele deixou de conseguir acompanhar essa frente móvel, formou-se um horizonte artificial, reproduzindo o comportamento físico esperado para um horizonte de eventos de um buraco negro.
Segundo o coautor do estudo, o físico Ulf Leonhardt, do Instituto Weizmann de Ciências, em Israel, o princípio é semelhante ao de um nadador tentando vencer uma correnteza mais rápida do que sua capacidade de nadar. No caso dos buracos negros, esse limite corresponde ao ponto a partir do qual nada consegue escapar.
Radiação prevista por Hawking apresentou comportamento esperado
Durante o experimento, os pesquisadores observaram que a luz emitida pelo sistema apresentou exatamente as características previstas por Stephen Hawking.
De acordo com o estudo, a radiação comportou-se como o brilho emitido por um objeto quente, exibindo uma temperatura definida e um espectro que diminui gradualmente em frequências mais altas.
Além disso, os cientistas detectaram pela primeira vez a chamada reação de retorno, efeito esperado pela teoria em que a própria emissão da radiação altera o objeto responsável por produzi-la.
No experimento, esse comportamento apareceu como uma pequena mudança na cor de parte da luz do pulso principal, criando uma assimetria no espectro observada pelos pesquisadores. Essa alteração representa o equivalente, no sistema simulado, à perda de energia que faria um buraco negro real evaporar lentamente ao longo de períodos extremamente longos.
Resultado aborda um dos maiores desafios da física
O estudo também investigou um problema conhecido como problema trans-Planckiano, relacionado aos limites das leis da física em escalas extremamente pequenas.
Segundo Leonhardt, ao rastrear a origem da radiação Hawking, os cálculos levam à chamada escala de Planck, considerada menor do que qualquer dimensão na qual as teorias físicas atuais conseguem descrever o espaço e o tempo de maneira confiável.
Apesar disso, o experimento mostrou que a radiação permaneceu com comportamento térmico mesmo nesse regime extremo.
Os pesquisadores afirmam que o próximo passo será realizar experimentos utilizando propriedades quânticas da luz, com o objetivo de investigar fenômenos como o emaranhamento quântico, previsto para as partículas associadas à radiação Hawking.
* Sob supervisão de Giovanna Gomes
