Los agujeros negros simulados en un tanque revelan «retroalimentación» por primera vez

Es difícil hacer un agujero negro en el laboratorio. Tienes que juntar un montón de masa, exprimirla hasta que se derrumbe por sí sola, trabajar, trabajar, trabajar. Es tan difícil de hacer que nunca lo hicimos. Sin embargo, podemos crear un agujero negro simulado usando un tanque de agua և nos puede decir cosas interesantes sobre cómo funcionan los agujeros negros.

La simulación de agua en los agujeros del SC es posible porque las matemáticas que describen el comportamiento del agua son similares a las matemáticas que describen el comportamiento de cosas como las ondas gravitacionales. Las interacciones gravitacionales ocurren en forma líquida, por lo que puede usar líquido para estudiarlas. Existen limitaciones para estos modelos de agua, por lo que debe tener cuidado al estudiar simulaciones de agua.

Uno de los problemas con los modelos de pozos de agua es que deben modelarse para continuar. Suponga que quiere estudiar cómo el material puede capturar un agujero negro. Puedes comparar este agujero con un remolino de agua, que es como un torbellino que a veces ves en el baño mientras drena. Para mantener el vórtice activo, debe asegurarse de que su sistema se mantenga estable siempre que obtenga buenos datos.

Por esta razón, generalmente se creía que los modelos de agua no podían exhibir el efecto que debería ocurrir con los agujeros negros reales, conocido como retroalimentación. La retroalimentación ocurre cuando hay una interacción, cuando el objeto reacciona a su entorno. Por ejemplo, cuando un agujero negro absorbe material, su masa aumenta. Este aumento de masa cambia la forma en que el agujero negro distorsiona el espacio a su alrededor, alterando así ligeramente el espacio circundante. La retroalimentación es un fenómeno posible, pero sutil y difícil de estudiar.

Recientemente, sin embargo, un equipo descubrió que la retroalimentación se puede ver en los modelos de modelado de agua. El estudio analizó cómo el fondo de las ondas gravitacionales podría interactuar con un agujero negro en rotación. En su modelo de agua, crearon un vórtice de agua que se parecía a un agujero negro y luego crearon una onda ondulada hacia el vórtice. El eco del torbellino hizo que el tornado creciera más rápido de lo habitual. De esta forma, las ondas gravitacionales pueden acelerar el crecimiento de un agujero negro a través de la retroalimentación.

En la simulación de Sim, la retroalimentación fue tan fuerte que el equipo pudo ver visualmente cuando el nivel de agua de su tanque estaba aumentando, lo que demuestra que la reacción podría ocurrir en un corto período de tiempo.

Aunque este estudio es interesante en sí mismo, el trabajo también muestra que las trazas de agua deben tenerse en cuenta en muchas simulaciones de agua. Generalmente se asume que las simulaciones de vórtices pueden asumir un fondo estacionario, lo que significa que cualquier retroalimentación puede ser ignorada en el modelo. Este trabajo muestra cómo esta suposición puede no funcionar cuando se estudian otros efectos de los agujeros negros, como la radiación de Hawking.

Llevará tiempo crear verdaderos agujeros negros en el laboratorio. Afortunadamente, una simulación como esta todavía tiene mucho que enseñarnos.

Referencia. Goodhew, Harry, et al. «Retroalimentación en el experimento del agujero negro analógico» Letras de escritura física 126,4 (2021): 041105: