Un vórtice de superfluido controlado en un laboratorio está ayudando a los físicos a aprender más sobre el comportamiento de agujeros negros.
Un remolino generado con helio enfriado a sólo una fracción por encima del cero absoluto imita el entorno gravitacional de estos objetos. con una precisión tan alta que ofrece una visión sin precedentes de cómo arrastran y deforman el espacio-tiempo que los rodea.
“El uso de helio superfluido nos ha permitido estudiar pequeñas ondas superficiales con mayor detalle y precisión que con nuestros experimentos anteriores en el agua”. explica el físico Patrik Švančara de la Universidad de Nottingham en el Reino Unido, quien dirigió la investigación.
“Como la viscosidad del helio superfluido es extremadamente pequeña, pudimos investigar meticulosamente su interacción con el tornado superfluido y comparar los hallazgos con nuestras propias proyecciones teóricas”.
Agujeros negros Son probablemente los objetos más extraños y extremos de todo un Universo de cosas muy extrañas. También son notoriamente difíciles de estudiar. Ellos no emite ninguna radiación que podamos detectar; podemos Solo ven la luz del espacio que los rodea inmediatamente.. Pero disponemos de algunos estudios teóricos muy buenos que pueden describir con bastante precisión el comportamiento observado.
Una manera de aprender más sobre ellos es creando agujero negro análogos. Estos son experimentos que puede recrear el teoría de los agujeros negros dilucidar otros aspectos de su comportamiento. Un tipo de análogo de agujero negro es un vórtice o remolino.
Cualquier material que se acerque lo suficiente a un agujero negro comienza a girar a su alrededor y luego cae sobre él, como agua que gira y gorgotea por un desagüe.
Esta comparación es tan acertada que los científicos incluso han Construyeron vórtices de agua para estudiar el comportamiento de los agujeros negros.. Sin embargo, Švančara y sus colegas quisieron ir un paso más allá, con helio superfluido.
Se trata de un isótopo de helio (helio-4) que se ha enfriado a -271 grados Celsius (-456 Fahrenheit), apenas ligeramente por encima. cero absoluto. A esta temperatura extremadamente fría, el bosones en helio-4 disminuyen la velocidad lo suficiente como para superponerse y comportarse como un superatomo: un fluido con viscosidad cero o superfluido.
El equipo aprovechó las inusuales propiedades cuánticas del helio-4 superfluido para generar una especie de “tornado cuántico”.
“El helio superfluido contiene objetos diminutos llamados vórtices cuánticos, que tienden a separarse unos de otros”, Švančara dice. “En nuestra configuración, hemos logrado confinar decenas de miles de estos cuantos en un objeto compacto que se asemeja a un pequeño tornado, logrando un flujo de vórtice con una fuerza récord en el ámbito de los fluidos cuánticos”.
Al estudiar este tornado, los investigadores pudieron identificar similitudes entre el flujo del vórtice y la influencia de un agujero negro giratorio en el espacio-tiempo curvo que lo rodea. En particular, los investigadores observaron ondas estacionarias análogas a las de un agujero negro. estados vinculadosy excitaciones análogas a las Ringdown de un agujero negro recién formado.
Y esto es sólo el comienzo. Ahora que los investigadores han demostrado que su experimento funciona como pretendían, el vórtice está preparado para desbloquear una nueva área de la ciencia de los agujeros negros.
“Cuando observamos por primera vez firmas claras de la física de los agujeros negros en nuestra investigación inicial experimento analógico allá por 2017fue un momento decisivo para comprender algunos de los fenómenos extraños que a menudo son difíciles, si no imposibles, de estudiar de otra manera”, dice la física Silke Weinfurtner de la Universidad de Nottingham.
“Ahora, con nuestro experimento más sofisticado, hemos llevado esta investigación al siguiente nivel, lo que eventualmente podría llevarnos a predecir cómo se comportan los campos cuánticos en el espacio-tiempo curvo alrededor de los agujeros negros astrofísicos”.
La investigación ha sido publicada en Naturaleza.