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O turbilhão de água da banheira revela um mecanismo elusivo da física do buraco negro

O turbilhão de água da banheira revela um mecanismo elusivo da física do buraco negro
Quando um buraco negro está ativo, tendemos a nos concentrar no efeito que ele tem no material que está sugando. Faz sentido fazer isso;

Quando um buraco negro está ativo, tendemos a nos concentrar no efeito que ele tem no material que está sugando. Faz sentido fazer isso; os próprios buracos negros são difíceis de sondar. Mas a interação entre o buraco negro e o material deve ter um efeito à medida que ganha material, também deve ganhar massa.

Essas pequenas respostas de feedback especialmente aquelas anteriormente ignoradas como triviais, são conhecidas como reações reversas e os cientistas acabaram de observar um análogo de uma que é específica para buracos negros e que pode ser vista na água rodando por um ralo. É uma detecção que pode ajudar a estudar fenômenos de buracos negros que são sutis demais para nossos instrumentos atuais, como a radiação Hawking, que se acredita ser emitida por buracos negros. Este é um tipo teórico de radiação de corpo negro que eventualmente depois de muito, muito tempo pode levar um buraco negro a evaporar completamente, desde que não esteja crescendo.

A fibra óptica e os condensados de Bose-Einstein foram usados para aprender mais sobre a radiação Hawking. Mas uma das mais simples tem a ver com a forma como os buracos negros se alimentam: o vórtice da banheira de drenagem.

O acúmulo de um buraco negro pode ser comparado com a água escorrendo por um ralo. Tratando a matéria como uma ondulação em um campo, a água pode representar o próprio espaço tempo, ou um campo ondulando com atividade quântica.

Medir as respostas das ondulações conforme a água desaparece por um ralo giratório pode ter algo a dizer sobre as ondas de energia que desaparecem em um buraco negro.

Com essas análogos, aprendemos muito sobre o efeito dos buracos negros no espaço e no material ao seu redor. Mas com uma bomba de água externa mantendo o fundo do sistema estável, não estava claro se um buraco negro de água análogo teria a liberdade de ser capaz de reagir às ondas.

Este conjunto de experimentos é a primeira vez que um vórtice de banheira de drenagem demonstrou um efeito no próprio buraco negro.

“Demonstramos que os buracos negros analógicos, como suas contrapartes gravitacionais, são sistemas intrigantes de reação reversa”, disse o físico Sam Patrick, da Universidade de Nottingham, no Reino Unido.

“Mostramos que as ondas que se movem em uma banheira de drenagem empurram a água pelo orifício do tampão, modificando significativamente a velocidade de drenagem e consequentemente, alterando a atração gravitacional efetiva do buraco negro analógico. “

Quando as ondas foram enviadas para o sistema em direção ao dreno, empurraram água extra, acelerando o processo de “acúmulo” de forma tão significativa que os níveis de água na banheira caíram visivelmente, mesmo enquanto uma bomba mantinha o mesmo nível de água entrando.

Essa mudança no nível da água corresponde a uma mudança nas propriedades do buraco negro, disseram os pesquisadores.

Esta poderia ser uma informação extremamente útil, em parte porque um aumento na massa altera a força gravitacional de um buraco negro e ele muda a maneira como o buraco negro deforma seu espaço tempo circundante, bem como o efeito que o buraco negro tem no disco de acreção. Além disso, oferece uma nova maneira de estudar como as ondas podem afetar a dinâmica do buraco negro.

“O que foi realmente impressionante para nós é que a reação reversa é grande o suficiente para fazer com que a altura da água em todo o sistema caia tanto que você pode ver a olho nu! Isso foi realmente inesperado”, disse Patrick.

“Nosso estudo abre caminho para sondar experimentalmente as interações entre as ondas e os espaços tempos pelos quais elas se movem. Por exemplo, esse tipo de interação será crucial para investigar a evaporação do buraco negro em laboratório. ”

Fonte Physical Review Letters 

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