O que acontece quando um buraco negro atravessa seu campo de visão?

Materiais

A classe pode se dividir em grupos. Os materiais e a preparação dos mesmos devem ser feitos exclusivamente pelo professor. Cada grupo precisará de:

• 1 retrato ou imagem com formato distinto (uma foto de Einstein, por exemplo).
• Copos (taças) de vinho de vidro.
• Luvas e óculos protetivos (veja figura).
• Alguma ferramenta de corte fino para cortar a base da taça de vinho (veja figura).

Preparação:

1. Compre um copo (taça) de vinho feito de vidro transparente claro, sem qualquer matiz de cor ou padrão no vidro (vide a figura abaixo). Prefira um copo com haste mais grossa. Você será capaz de criar duas lentes com cada copo de vinho, usando tanto a base quanto o globo para produzir os efeitos ópticos desejados das lentes gravitacionais.
2. Coloque luvas de proteção e óculos de proteção. Você deve sempre usar luvas de proteção e óculos de segurança durante o manuseio e corte de vidro. Sempre! As etapas a seguir provavelmente produzirão poeira e cacos de vidro. Tome cuidado para escolher uma área de trabalho segura e limpe cuidadosamente qualquer fragmento de vidro.
3. Use a ferramenta de corte fino para marcar a haste do copo de vinho. A localização dessa primeira marcação deve estar logo acima da base, à medida que o vidro começa a se estreitar (cerca de 1 centímetro acima da base). Para obter esta marca, segure o copo de vinho pelo globo firmemente em uma mão e a ferramenta de corte fino na outra. Marque um único círculo completo ao redor da haste, certificando-se de que o início e o final da linha gravada se conectem. Faça apenas uma linha gravada para cada lugar em que deseje quebrar o vidro, pois várias pontuações produzirão múltiplas fraturas e uma quebra ruim.
4. Para separar a base da haste, bata a base contra uma superfície dura, em um movimento suave, porém firme, abruptamente interrompendo a ação quando a base de vidro de vinho atinge a superfície. A base deve atingir a superfície em um ângulo enquanto o globo está protegido em sua mão enluvada e o objeto não atinge a superfície. Veja a imagem abaixo. O vidro deve quebrar-se na linha marcada. Se não, repita o movimento novamente com um pouco mais de força. Se ainda assim ela não se romper corretamente, faça uma marcação cuidadosa de uma ranhura um pouco mais profunda, certificando-se de NÃO gravar quaisquer linhas adicionais. Repita o movimento de bater com menos força antes de prosseguir para um toque mais forte. Se a base se separar da haste, mas produzir um fragmento fixo na base, segure firmemente a base e bata o fragmento contra uma superfície rígida em um ângulo, que provavelmente se romperá na marca da linha marcada.
5. Retire as bordas afiadas da base que você acabou de destacar. Queremos eliminar qualquer possibilidade de lesão. Isso produzirá uma lente em forma de disco. Veja a imagem abaixo para exemplos de bases.
6. Para produzir outra lente gravitacional a partir do globo de vidro do copo de vinho, repita as etapas acima, tomando os cuidados a seguir: tenha muito cuidado ao manusear a ponta da haste, pois ela pode estar afiada e pode feri-lo com facilidade; a melhor posição para a marca depende do tipo de copo de vinho que você possui; veja a imagem abaixo para ver exemplos de globos de vidro que podem ser obtidos.
7. Você já fez duas lentes gravitacionais a partir de um copo de vinho. Tente criar outro conjunto a partir de outro copo de vinho. Sempre descarte qualquer material de vidro considerado perigoso.

Atividade:

• Explique ao seu público que um buraco negro distorce a visão do espaço e do tempo ao redor dele. (E que esta é uma ideia muito estranha!)
• Se a borda cortada não estiver perfeitamente lisa, suavize essas bordas afiadas ANTES de apresentar ao público. Caso contrário, supervisione de perto o aparelho com luvas de proteção. Preste atenção ao (s) seu (s) voluntário (s) para não deixar cair a frágil e frágil lente do buraco negro.
• Convide os membros de cada grupo a ver o mundo através de suas “lentes-buraco negro” observando a imagem de fundo através da base do copo de vinho. Qual é a visão?
• Você pode criar um "anel de Einstein" - um anel muito fino ao redor do centro da lente - olhando para a imagem através da lente a partir do ângulo correto?
• Repita esta atividade até que o voluntário "descubra" o buraco negro. Repita toda a atividade mudando o ímã de buraco e alternando os membros dos grupos que jogarão a bolinha.

Discussão:

• Einstein previu que a forma real do espaço e do tempo em torno de um objeto massivo é distorcida pela gravidade do objeto. A luz de um objeto distante viajaria em um caminho reto até o observador, mas se essa luz passasse perto de um objeto compacto (de grande densidade gravitacional), a luz seguiria o espaço curvo e deformado ao redor do objeto. Este efeito de lente gravitacional permite que esses objetos massivos atuem como lentes que focalizam e amplificam a luz de objetos distantes.
• Arthur Eddington foi o primeiro a observar uma mudança na posição de uma estrela distante à medida que sua luz se aproximava de um objeto enorme na frente do observador. Durante um eclipse solar em 1919, Eddington mediu como a posição de uma estrela mudou quando observada perto do Sol em comparação com sua posição original. Essa medida de deformação correspondia às previsões de Einstein de como a gravidade do Sol distorceria o espaço (e o tempo).

Materiais complementares:

• Simulação de lentes gravitacionais:
• http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2003/01/video/a
• Cidade vista a partir de uma lente gravitacional:
• http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2003/01/video/b

Créditos:

A presente atividade é uma adaptação da atividade "Black Hole Lensing" do manual "Inside Einstein's Universe Lensing Demos", que pode ser encontrado em: https://www.cfa.harvard.edu/seuforum/einstein/resources/JourneyBlackHole/LensingDemos.pdf. As figuras acima apresentadas foram retiradas desta atividade.