Físicos recriam “buracos negros” em laboratório com uma simplicidade surpreendente

Por , em 11.02.2019

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]

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