{"id":257611,"date":"2018-06-01T16:53:03","date_gmt":"2018-06-01T19:53:03","guid":{"rendered":"http:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=257611"},"modified":"2018-06-18T13:41:02","modified_gmt":"2018-06-18T16:41:02","slug":"la-astrofisica-en-la-banera","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/la-astrofisica-en-la-banera\/","title":{"rendered":"La astrof\u00edsica en la ba\u00f1era"},"content":{"rendered":"

Las olas que se propagan por la superficie del agua se vuelven un poco m\u00e1s altas al atravesar las cercan\u00edas de un remolino creado por la rejilla abierta de un tanque. El tama\u00f1o de las mismas se amplifica porque extraen un poco de la energ\u00eda de rotaci\u00f3n del remolino, en un efecto al que se lo conoce con el nombre de superradiancia. La existencia de este efecto fue confirmada por primera vez en el marco de un experimento realizado en 2016 por un grupo internacional de cient\u00edficos encabezado por la f\u00edsica alemana Silke Weinfurtner, de la Universidad de Nottingham, en el Reino Unido. En su laboratorio, Weinfurtner y sus colaboradores, entre ellos el f\u00edsico brasile\u00f1o Maur\u00edcio Richartz, reprodujeron este fen\u00f3meno empleando un tanque con paredes de vidrio y con agua mezclada con un colorante verde fluorescente. El ensayo fue filmado con una c\u00e1mara que registra en 3D y permiti\u00f3 detectar el incremento de la altura de las olas causado por la superradiancia. El efecto es peque\u00f1o, pero llama la atenci\u00f3n de los f\u00edsicos pues simula lo que se imagina que ocurre con la luz alrededor de un agujero negro en rotaci\u00f3n. Estos resultados aparecen descritos en un art\u00edculo publicado el 12 junio en la revista Nature Physics<\/em>.<\/p>\n

\u201cLa teor\u00eda de la superradiancia es muy conocida, pero nadie hab\u00eda observado este fen\u00f3meno experimentalmente\u201d, dice Richartz, docente de la Universidad Federal del ABC. Richartz ayud\u00f3 a planificar y realizar el experimento, y comenta que, en las condiciones en que se concret\u00f3, las olas en la superficie del agua pueden describirse mediante ecuaciones de movimiento casi id\u00e9nticas a las de las ondas luminosas que se propagan cerca de un agujero negro. Como las ecuaciones son pr\u00e1cticamente las mismas, la confirmaci\u00f3n de que la superradiancia ocurre en las olas que se forman en el agua constituye la primera evidencia concreta de este fen\u00f3meno que, aunque es dif\u00edcil de detectar, existir\u00eda en las cercan\u00edas de los agujeros negros, tal como est\u00e1 previsto en la teor\u00eda. Hasta hace poco, estudios te\u00f3ricos suger\u00edan que la superradiancia por agujeros negros provocar\u00eda una ampliaci\u00f3n de ondas electromagn\u00e9ticas y gravitacionales demasiado peque\u00f1a como para que pudieran observarla los astr\u00f3nomos. En un art\u00edculo publicado este a\u00f1o en la revista Physical Review D<\/em>, el f\u00edsico Jo\u00e3o Rosa, de la Universidad de Aveiro, en Portugal, sugiere que la superradiancia podr\u00eda amplificarse en la vecindad de pares de agujeros negros y estrellas de neutrones. Se\u00f1ales de este fen\u00f3meno podr\u00edan entonces ser detectables con el radiotelescopio Square Kilometre Array (SKA), cuyas antenas estar\u00e1n instaladas en parte en Sud\u00e1frica y en parte en Australia, y con el Observatorio Interferom\u00e9trico de Ondas Gravitacionales (Ligo), con sede en Estados Unidos.<\/p>\n

Richartz conoci\u00f3 a Silke Weinfurtner en 2009, en Canad\u00e1. En ese entonces, era estudiante de doctorado y colabor\u00f3 con Weinfurtner y con el f\u00edsico canadiense Williamm Unruh, de la Universidad de Columbia Brit\u00e1nica, en uno de los primeros experimentos que contemplaron el uso de olas en el agua para investigar la f\u00edsica de los agujeros negros. En ese ensayo, Weinfurtner, Unruh y sus colaboradores demostraron que las olas que flu\u00edan en el agua confinada en una canaleta exhib\u00edan propiedades similares a las de la llamada radiaci\u00f3n Hawking, un efecto cu\u00e1ntico que hace que un agujero negro pierda energ\u00eda paulatinamente a trav\u00e9s de la emisi\u00f3n de part\u00edculas subat\u00f3micas.<\/p>\n

La canaleta permit\u00eda investigar \u00fanicamente fen\u00f3menos que suceden en una sola dimensi\u00f3n, toda vez que su ancho y su profundidad eran despreciables con relaci\u00f3n a su longitud, y Weinfurtner tuvo la idea de proyectar un aparato bidimensional para investigar otros fen\u00f3menos asociados a los agujeros negros, tal como es el caso de la superradiancia. El grupo proyect\u00f3 entonces el tanque construido en el laboratorio en Nottingham. Con 3 metros (m) de longitud, 1,5 m de ancho y una profundidad despreciable, tiene el doble del tama\u00f1o de una ba\u00f1era. Una pala motorizada produce ondulaciones de mil\u00edmetros de altura que se propagan por la superficie del agua y son amplificadas por la superradiancia del remolino formado al retirarse el tap\u00f3n de la rejilla.<\/p>\n

\"\"

Silke Weinfurtner\/ Universidad De Nottinghan <\/span><\/a> Reconstituci\u00f3n gr\u00e1fica de las olas en la superficie del agua amplificadas al atravesar el remolinoSilke Weinfurtner\/ Universidad De Nottinghan <\/span><\/p><\/div>\n

En el agua y en el espacio
\n<\/strong>Un agujero negro y la rejilla de una ba\u00f1era tienen m\u00e1s semejanzas de lo que se pueda imaginar. El centro de un agujero negro est\u00e1 siempre oculto por una esfera de completa oscuridad: el horizonte de eventos, la zona a partir de la cual nada, ni siquiera la luz escapa de la intensa atracci\u00f3n gravitacional. De una manera an\u00e1loga, existe una zona en el remolino que atrae hacia el centro de la rejilla las ondulaciones del agua que se acercan demasiado, y que funciona como un horizonte de eventos para las olas. Ya sea en una ba\u00f1era o en el espacio, el horizonte de eventos es envuelto por una capa llamada ergosfera, que arrastra todo lo que llega hasta all\u00ed y lo hace girar en el mismo sentido de rotaci\u00f3n del agujero negro o del torbellino en el agua.<\/p>\n

Mientras que el horizonte de eventos captura las ondas que lo alcanzan, la ergosfera puede amplificar algunas de las ondas que la atraviesan. En 1971, el f\u00edsico bielorruso Yakov Zel\u2019dovich, quien hab\u00eda participado en el programa de la bomba at\u00f3mica sovi\u00e9tica, realiz\u00f3 c\u00e1lculos iniciales que suger\u00edan que un agujero negro en rotaci\u00f3n podr\u00eda amplificar las ondas electromagn\u00e9ticas y gravitacionales arrastradas por su ergosfera. Sin embargo, esa amplificaci\u00f3n, ser\u00eda tan sutil que los instrumentos astrof\u00edsicos actuales a\u00fan no tendr\u00edan la precisi\u00f3n necesaria como para detectarla.<\/p>\n

Para observar la superradiancia en las olas del agua, Weinfurtner y un equipo multidisciplinario de cient\u00edficos, algunos expertos en \u00f3ptica y otros en mec\u00e1nica de fluidos, se valieron de una c\u00e1mara 3D de alta resoluci\u00f3n, desarrollada para el experimento en colaboraci\u00f3n con la empresa alemana EnShape, para registrar y medir el aumento \u00ednfimo de la altura de las olas en el agua. Las im\u00e1genes permitieron observar que s\u00f3lo las olas superficiales con una frecuencia espec\u00edfica (3,7 oscilaciones por segundo) quedaron un 20% m\u00e1s altas al atravesar el remolino, un valor que coincide con lo previsto en la teor\u00eda.<\/p>\n

Weinfurtner y su equipo trabajan ahora para aumentar la precisi\u00f3n con la que se mide la altura de las olas y la velocidad de la corriente cerca del centro del remolino, donde estar\u00eda el horizonte de eventos para las olas de agua. \u201cLa detecci\u00f3n de la superradiancia no constituye una prueba experimental suficiente de la existencia de un horizonte de eventos para las olas\u201d, explica la f\u00edsica. \u201cAparte de mejorar la precisi\u00f3n del aparato, precisamos mejorar nuestra comprensi\u00f3n te\u00f3rica sobre lo que sucede en el remolino.\u201d<\/p>\n

Proyectos
\n1.<\/strong> Superradiancia en sistemas disipadores (n\u00ba 15\/14077-0<\/a>); Modalidad <\/strong>Beca de Investigaci\u00f3n en el Exterior; Investigador responsable<\/strong> Maur\u00edcio Richartz (UFABC); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 30.029,80
\n2.<\/strong> Modelos an\u00e1logos: Superradiancia y estabilidad (n\u00ba 13\/15748-0<\/a>); Modalidad <\/strong>Beca de Investigaci\u00f3n en el Exterior; Investigador responsable<\/strong> Maur\u00edcio Richartz (UFABC); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 19.515,98<\/p>\n

Art\u00edculo cient\u00edfico
\n<\/strong>TORRES, T. et al<\/em>. Observation of superradiance in a vortex flow<\/a>. Nature Physics<\/strong>. 12 jun. 2017.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"F\u00edsicos simulan los efectos de los agujeros negros en una ba\u00f1era","protected":false},"author":14,"featured_media":257612,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[274,304],"coauthors":[103],"class_list":["post-257611","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-ciencia-es","tag-astronomia-es","tag-fisica-es","position_at_home-sumario"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/257611","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/14"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=257611"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/257611\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media\/257612"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=257611"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=257611"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=257611"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=257611"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}