Experimentos imitando buracos negros em laboratório podem ser usados para investigar detalhes de fenômenos impossíveis de serem verificados diretamente por observações astronômicas. Um exemplo desse tipo de experimento é o desenvolvido no laboratório da física Silke Weinfurther, na Universidade de Nottingham, Reino Unido. Recentemente, a equipe de Weinfurtner, do qual participa o físico Maurício Richartz, da Universidade Federal do ABC (UFABC), em Santo André, São Paulo, analisou teoricamente como se comportam as oscilações em um tanque d’água que se assemelham às ondas gravitacionais emitidas logo após uma colisão entre buracos negros.
“O trabalho se baseia em uma analogia entre buracos negros com rotação e o vórtice que se forma no ralo de uma banheira”, explica Richartz, no vídeo. Próximo ao ralo, a velocidade do fluido é muito maior do que a de ondas que se propagam na superfície da água. Ali qualquer onda é arrastada pelo fluído em direção ao ralo. “A região em torno do ralo aonde isso acontece é análoga ao interior de um buraco negro”.
Um buraco negro resultante da fusão de outros dois emite ondas gravitacionais até atingir um estado de equilíbrio. O estágio final desse processo é caracterizado por ondas conhecidas como modo quase-normais, semelhantes às oscilações amortecidas de um toque de sino. Estudos com análogos de buracos negros podem sugerir aos físicos novas abordagens para a análise dessas ondas, em busca de sinais confirmando ou refutando teorias de gravitação alternativas à teoria da relatividade geral.
Richartz e seus colegas investigaram como oscilações análogas aos modos quase-normais de buracos negros em um vórtice de ralo de banheira são afetadas pela vorticidade de um fluído. Em geral ignorada em modelos mais simples, a vorticidade é uma medida da capacidade de um fluxo de fluído produzir redemoinhos. O estudo mostrou que a vorticidade altera as equações das ondas de superfície como se fizesse as ondas ganharem uma massa na vizinhança do ralo.
Os pesquisadores mostraram ainda que a vorticidade permite a existência de ondas localizadas nas proximidades do buraco negro análogo e que permanecem no sistema por um longo tempo. Eles especulam que essas ondas possam explicar padrões em forma de espiral observados em torno de vórtices, uma hipótese sendo investigada agora em experimentos no laboratório de Weinfurther.
Artigo científico
Black Hole Quasibound States from a Draining Bathtub Vortex Flow
Sam Patrick, Antonin Coutant, Maurício Richartz, and Silke Weinfurtner
Phys. Rev. Lett. 121, 061101 , arXiv:1801.08473
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