Um vórtice superfluido controlado em laboratório está ajudando os físicos a aprender mais sobre o comportamento dos buracos negros. Um tornado gerado em hélio resfriado apenas uma fração acima do zero absoluto imita o ambiente gravitacional desses objetos com uma precisão tão alta que fornece uma visão sem precedentes de como eles arrastam e distorcem o espaço-tempo ao seu redor.
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“A utilização de hélio superfluido permitiu-nos estudar pequenas ondas superficiais com maior detalhe e precisão do que nas nossas experiências anteriores em água”, explica o físico Patrik Švančara, da Universidade de Nottingham, no Reino Unido, que liderou a investigação.
“Como a viscosidade do hélio superfluido é extremamente pequena, fomos capazes de investigar meticulosamente sua interação com o tornado superfluido e comparar as descobertas com nossas próprias projeções teóricas.”
Os buracos negros são provavelmente os objetos mais estranhos e extremos de todo um universo de coisas muito estranhas. Eles também são notoriamente difíceis de estudar. Eles não emitem nenhuma radiação que possamos detectar; só podemos ver a luz do espaço imediatamente ao seu redor. Mas temos alguns estudos teóricos muito bons que podem descrever o comportamento observado com bastante precisão.
Uma maneira de aprender mais sobre eles é criando análogos de buracos negros. São experimentos que podem recriar a teoria dos buracos negros para elucidar outros aspectos de seu comportamento. Um tipo de análogo de buraco negro é um vórtice ou redemoinho.
Qualquer material que se aproxime o suficiente de um buraco negro começa a girar em torno dele e depois cair sobre ele, como água circulando e gorgolejando por um ralo.
Esta comparação é tão adequada que os cientistas até construíram vórtices de água para estudar o comportamento dos buracos negros. Švančara e seus colegas, no entanto, queriam dar um passo adiante – com hélio superfluido.
Este é um isótopo de hélio – hélio-4 – que foi resfriado a -271 graus Celsius (-456 Fahrenheit), um pouco acima do zero absoluto. A esta temperatura extremamente baixa, os bósons do hélio-4 desaceleram o suficiente para se sobreporem e se comportarem como um superátomo – um fluido com viscosidade zero, ou superfluido.
A equipe aproveitou as propriedades quânticas incomuns do superfluido hélio-4 para gerar uma espécie de “tornado quântico”.
“O hélio superfluido contém pequenos objetos chamados vórtices quânticos, que tendem a se espalhar uns dos outros”, diz Švančara. “Em nossa configuração, conseguimos confinar dezenas de milhares dessas entidades quânticas em um objeto compacto semelhante a um pequeno tornado, alcançando um fluxo de vórtice com força recorde no reino dos fluidos quânticos.”
Ao estudar este tornado, os investigadores conseguiram identificar semelhanças entre o fluxo do vórtice e a influência de um buraco negro giratório no espaço-tempo curvo que o rodeia. Em particular, os investigadores observaram ondas estacionárias análogas aos estados ligados a um buraco negro e excitações análogas ao anelamento de um buraco negro recém-formado.
E este é apenas o começo. Agora que os investigadores demonstraram que a sua experiência funciona da forma pretendida, o vórtice está preparado para desbloquear uma nova área da ciência dos buracos negros.
“Quando observamos pela primeira vez assinaturas claras da física dos buracos negros na nossa experiência analógica inicial, em 2017, foi um momento inovador para a compreensão de alguns dos fenômenos bizarros que são muitas vezes desafiantes, se não impossíveis, de estudar de outra forma”, diz a física Silke Weinfurtner, da Universidade de Nottingham.
“Agora, com a nossa experiência mais sofisticada, levamos esta investigação para o próximo nível, o que poderá eventualmente nos levar a prever como os campos quânticos se comportam em espaços-tempos curvos em torno de buracos negros astrofísicos.”
A pesquisa foi publicada na Nature.
Traduzido de ScienceAlert
