Apa care înconjoară o scurgere oferă o perspectivă asupra găurilor negre

Apa care se învârte pe un canal de scurgere a dezvăluit un fenomen evaziv despre care se credea că apare în găurile negre.

Undele de lumină care împrăștie o gaură neagră rotativă pot sări cu mai multă energie decât au venit, prin distrugerea unei parte din energia de rotație a găurii negre. Dar efectul, prezis în 1971 și cunoscut sub numele de superradianță rotațională, este atât de slab încât ar fi extrem de dificil de observat într-o gaură neagră reală. Deci, oamenii de știință nu văzuseră niciodată supraradianța rotațională în acțiune. Acum, fizicienii raportează 12 iunie în Fizica naturii că au întrezărit efectul pentru prima dată, într-o gaură neagră doppelgänger făcută cu un vârtej de apă, asemănător cu apa care se învârte pe un canal de scurgere a căzii.

„Dacă iei o minge de tenis și o arunci împotriva unui perete, nu te aștepți să revină cu mai multă energie”, spune Silke Weinfurtner de la Universitatea din Nottingham din Anglia, care a condus studiul. „Dar când arunci ceva într-o gaură neagră, dacă este o gaură neagră care se rotește, poți câștiga de fapt energie.”

Pentru a demonstra efectul, oamenii de știință au creat un vârtej de apă. „Lichidul trebuie să se scurgă într-un mod care să arate ca o gaură neagră”, spune fizicianul Antonin Coutant, de asemenea la Nottingham. Ondulurile de suprafață ajung într-un punct fără întoarcere, unde sunt aspirate în vortex. Este analog cu orizontul de evenimente al unei găuri negre, granița din care nicio lumină nu poate scăpa. Weinfurtner, Coutant și colegii lor raportează că undele de apă care se împrăștiau de pe vortex au primit un impuls superradiant: au fost amplificate cu până la 14% în medie, în funcție de frecvența și direcția undelor.

Din motive evidente, cercetătorii nu pot studia o adevărată gaură neagră într-un laborator. Dacă ar putea, „cu toții am avea probleme”, spune fizicianul Sam Dolan de la Universitatea Sheffield din Anglia, care nu a fost implicat în studiu. Un vortex de apă este următorul lucru cel mai bun. Rezultatul, spune Dolan, „ne oferă mai multă încredere că teoriile noastre despre găurile negre sunt corecte”.

Deși supraradianța rotațională este un efect slab în găurile negre, ar putea exista oportunități de a o observa, spune fizicianul Vítor Cardoso de la Instituto Superior Técnico din Lisabona, Portugalia. Superradianța afectează undele gravitaționale, precum și undele luminoase. Ondulări în spațiu-timp au fost stârnite de fuziunea găurilor negre (SN online: 6/1/17) ar trebui să fie ușor amplificată dacă acele găuri negre se rotesc. Această amplificare ar putea fi observată de către viitorii detectoare ultrasensibile de unde gravitaționale.