Il vortice nell’acqua rivela un meccanismo elusivo della fisica dei buchi neri

Quando un buco nero è attivo, tendiamo a concentrarci sull’effetto che ha sul materiale che sta risucchiando. Questo interesse ha una giustificazione, perché la fisica dei buchi neri deve compiere ancora molti progressi a causa della difficoltà di studiare questi affascinanti fenomeni. Ma l’interazione con il materiale dovrebbe influenzare anche il buco nero: se esso accumula materiale, dovrebbe accumulare anche massa. Queste reazioni così poco significative, specialmente quelle precedentemente ignorate perché banali, sono conosciute come retroreazioni, e gli scienziati ne hanno appena osservato una specifica dei buchi neri, visibile nell’acqua che scorre vorticosamente in un canale di scolo.

Il legame tra il vortice dell’acqua della vasca da bagno e la fisica dei buchi neri

Si tratta di una scoperta che potrebbe aiutare a studiare quei buchi neri che sono troppo sottili per i nostri strumenti attuali e i fenomeni ad essi legati, come la radiazione di Hawking che si pensa sia emessa proprio dai buchi neri. Si tratta di un tipo teorico di radiazione di corpo nero che alla fine, dopo un periodo di tempo estremamente lungo, comporterebbe la completa evaporazione di un buco nero, a condizione che questo non stia crescendo.

Per studiare gli oggetti cosmici in modo più dettagliato di quanto non si possa fare attraverso le grandi distanze dello spazio, se ne possono creare in laboratorio versioni in scala ridotta o analoghi, come nel caso di un recente esperimento che aveva lo scopo di replicare la pressione del nucleo di una nana bianca. Misurando le risposte delle increspature mentre l’acqua svanisce nel vortice di uno scarico, gli scienziati potrebbero scoprire particolari interessanti sulle onde di energia che scompaiono in un buco nero.

Da questi analoghi, gli esperti hanno imparato molto sull’effetto dei buchi neri sullo spazio e sul materiale che li circonda. Ma, con una pompa d’acqua esterna che manteneva costante lo sfondo del sistema, non era chiaro se un analogo del buco nero acquatico avrebbe avuto la libertà di poter reagire alle onde. Questa serie di esperimenti è la prima dimostrazione dell’effetto che un vortice ha sul buco nero. I risultati della ricerca, che potrebbero essere fondamentali per futuri sviluppi nel campo, sono apparsi sulla rivista Physical Review Letters.

Le onde modificano l’attrazione gravitazionale

Il fisico Sam Patrick, della University of Nottingham, spiega che il team ha dimostrato che i buchi neri analoghi, così come le loro controparti gravitazionali, sono sistemi intrinsecamente retroreattivi. I ricercatori, aggiunge il fisico, hanno anche dimostrato che le onde che si muovono in una vasca da bagno aperta spingono l’acqua nello scarico, modificando significativamente la velocità di scarico e di conseguenza cambiando l’attrazione gravitazionale effettiva del buco nero analogo.

Quando le onde hanno raggiunto il sistema in direzione dello scarico, hanno spinto verso l’interno ulteriore acqua, accelerando il processo di “accrescimento” in modo così significativo da far diminuire notevolmente il livello dell’acqua nella vasca, nonostante una pompa mantenesse costante il livello di acqua in entrata. Secondo i ricercatori, questo cambiamento nel livello dell’acqua corrisponde a un cambiamento nelle proprietà del buco nero.

Ph. credits: Foto di The University of Nottingham via Sciencealert.com