Cientistas simulam buraco negro em tanque de água

Certos fenômenos que ocorrem em buracos negros, mas não podem ser observados diretamente nas investigações astronômicas, podem ser estudados por meio de simulações em laboratório. Isso se deve a uma analogia peculiar entre processos característicos de buracos negros e processos hidrodinâmicos. O denominador comum de uns e outros é o fato de as propagações de ondas se darem de forma bastante similar.

Essa possibilidade é explorada em um novo artigo publicado na Physical Review Letters. O físico Maurício Richartz, professor da Universidade Federal do ABC (UFABC), é um dos autores do artigo, produzido pelo grupo de Silke Weinfurtner, da School of Mathematical Sciences da University of Nottingham, no Reino Unido. O trabalho teve apoio da FAPESP por meio do Projeto Temático “Física e geometria do espaço-tempo”, coordenado por Alberto Vazquez Saa.

“Embora este estudo seja inteiramente teórico, temos feito também simulações experimentais no laboratório de Weinfurtner. O equipamento é, basicamente, um grande tanque de água, com dimensões de 3 metros por 1,5 metro. O tanque dispõe de um ralo no centro e de um aparato de bombeamento, que reintroduz a água que escoa. Isso possibilita que o sistema atinja um ponto de equilíbrio, no qual a quantidade de água que entra iguala a quantidade de água que sai. Dessa forma, conseguimos simular um buraco negro”, disse Richartz.

O pesquisador explicou como isso é possível. “A água ganha velocidade à medida que escoa. Quanto mais próxima do ralo, mais rapidamente ela flui. Então, quando produzimos ondas na superfície da água, passamos a ter duas velocidades importantes: a velocidade de propagação das ondas na água e a velocidade de escoamento da água como um todo”, disse.

“Longe do ralo a velocidade das ondas é muito maior do que a velocidade do fluido. Por isso, as ondas podem se propagar em qualquer direção. Perto do ralo, porém, a situação muda: a velocidade do fluido torna-se muito maior do que a velocidade das ondas. E isso faz com que a onda seja arrastada pelo fluido, mesmo que ela se propague em sentido contrário. Dessa forma, é possível produzir, em laboratório, um simulacro do buraco negro”, prosseguiu.

No buraco negro astrofísico real, a atração gravitacional captura a matéria e impede o escape de qualquer tipo de onda – mesmo das ondas luminosas. No simulacro hidrodinâmico, são as ondas na superfície do fluido que não conseguem escapar do vórtice que se forma.

Por José Tadeu Arantes(Agência FAPESP)