Físicos recriam “buracos negros” em laboratório com uma simplicidade surpreendente
Em um laboratório da Universidade de Nottingham, no Reino Unido, pesquisadores estão estudando buracos negros usando nada mais que um tanque de água colorida com tinta verde e um ralo.
Em colaboração com físicos da Universidade Federal do ABC, no Brasil, essa configuração ajuda os cientistas a identificar padrões de onda na água circulando em direção ao dreno, o que poderia nos ajudar a entender os sons feitos por um buraco negro recém-nascido.
Como assim?!
Quando os buracos negros se fundem e formam buracos negros ainda maiores, todo o universo escuta: o espaço “murmura” uma melodia chamada de modo quasinormal.
Esse som contém pistas sobre as características do novo buraco negro, como sua massa e momento angular.
Estudar esse modo tem se tornado importante na física, com avanços contínuos na astronomia das ondas gravitacionais. Os pesquisadores estão ansiosos para extrair o máximo de detalhes que podem da maneira como o espaço “treme” e “ondula” após essas colisões cósmicas.
Retirar informações de um modo quasinormal, contudo, requer conhecer detalhes sobre como a energia se dissipa em um campo e como certas características dos padrões de onda mudam ou persistem com o tempo.
Vorticidade e água
Uma coisa que potencialmente afeta as características de uma onda é a vorticidade, uma grandeza física usada para quantificar a rotação das partículas de um fluido em movimento.
Na maioria dos modelos simples que descrevem as oscilações de um buraco negro, assume-se que o espaço é pouco mais que um fundo silencioso através do qual ondas ondulam, significando que sua vorticidade não é normalmente levada em conta.
Isso pode não fazer muita diferença, ou pode ser significativo. Como não podemos olhar de perto esses redemoinhos do espaço-tempo para descobrir, os pesquisadores decidiram examinar modos quasinormais em outras plataformas.
A água não é necessariamente a metáfora perfeita para o espaço-tempo, mas os fundamentos funcionam bem. A analogia tem seu embasamento em trabalhos teóricos conduzidos pelo físico canadense William “Bill” Unruh há quase 40 anos, que provaram que as equações hidrodinâmicas são uma combinação próxima para descrever a gravidade em torno de massas de tamanho suficiente.
As descobertas
Longe de um dreno, ondas em uma superfície tendem a se mover mais rápido que a corrente, permitindo que ondulem virtualmente em qualquer direção.
No entanto, à medida que a água flui para o equivalente a um buraco negro, ela ganha velocidade, “bagunçando” os padrões de onda.
“A velocidade do fluido é muito maior do que a velocidade da onda, então as ondas são arrastadas pelo fluxo de água mesmo quando estão se propagando na direção oposta”, disse o físico Maurício Richartz à Agência FAPESP.
Medindo as oscilações, os cientistas descobriram padrões que se sustentaram por longos períodos perto da borda do vórtice, estados que refletiam características do buraco negro, como seu tamanho e ângulos.
Próximos passos
Essas oscilações não eram mais modos quasinormais, mas um padrão diferente conhecido como “estados quase-ligados”.
Os pesquisadores esperam criar intencionalmente mais desses estados de energia “quase ligados” sob diferentes condições, e estudar suas implicações para buracos negros rotativos.
Os achados da pesquisa foram publicados em um artigo na revista científica Physical Review Letters. [ScienceAlert]
