Gli scienziati dell'Università di Nottingham hanno compiuto un significativo balzo in avanti nella comprensione del funzionamento di uno dei misteri dell'universo. Hanno simulato con successo le condizioni intorno ai buchi neri utilizzando un bagno d'acqua appositamente progettato.

Le loro scoperte gettano nuova luce sulla fisica dei buchi neri con le prime prove di laboratorio del fenomeno noto come superradianza, ottenuto utilizzando l'acqua e un generatore per creare onde.

La ricerca - Scattering superradiante rotazionale in un flusso di vortice - è stata pubblicata in Fisica della natura . È stato intrapreso da un team del Laboratorio di gravità quantistica della Scuola di fisica e astronomia.

Il lavoro è stato condotto da Silke Weinfurtner della School of Mathematical Sciences. In collaborazione con un team interdisciplinare ha progettato e costruito il "bagno" del buco nero e il sistema di misurazione per simulare le condizioni del buco nero.

Il dott. Weinfurtner ha dichiarato:"Lavorare su questa ricerca è stato particolarmente entusiasmante poiché ha messo insieme le competenze dei fisici, ingegneri e tecnici per raggiungere il nostro obiettivo comune di simulare le condizioni di un buco nero e dimostrare che esiste il superamento. Riteniamo che i nostri risultati motiveranno ulteriori ricerche sull'osservazione della superradianza in astrofisica".

Che cos'è il superradiamento?

L'esperimento di Nottingham si basava sulla teoria che un'area immediatamente al di fuori dell'orizzonte degli eventi di un buco nero rotante - il punto gravitazionale di non ritorno di un buco nero - sarebbe stata trascinata dalla rotazione e da qualsiasi onda che entrasse in questa regione, ma non si allontana dall'orizzonte degli eventi, dovrebbe essere deviato ed uscire con più energia di quanta ne trasportasse durante l'ingresso - un effetto noto come superradianza.

La superadianza - l'estrazione di energia da un buco nero rotante - è anche conosciuta come il meccanismo di Penrose ed è un precursore della radiazione di Hawking - una versione quantistica della superradianza del buco nero.

Cosa c'è nel Black Hole Lab?

Il dottor Weinfurtner ha dichiarato:"Alcuni dei bizzarri fenomeni dei buchi neri sono difficili, altrimenti, impossibile studiare direttamente. Ciò significa che le possibilità sperimentali sono molto limitate. Quindi questa ricerca è un bel risultato".

Il 'canale', è appositamente progettato lungo 3 m, Vasca larga 1,5 m e profonda 50 cm con un foro al centro. L'acqua viene pompata in un circuito chiuso per stabilire un flusso drenante rotante. Una volta raggiunta la profondità desiderata, le onde sono state generate a frequenze diverse fino a quando non viene creato e registrato l'effetto di dispersione sovrastante utilizzando un sensore di interfaccia aria-fluido 3D appositamente progettato.

Piccoli puntini di carta bianca perforati da una macchina da cucire appositamente adattata sono stati usati per misurare il campo di flusso - la velocità del flusso di fluido attorno al buco nero analogico.

Tutto è iniziato da umili origini

Questa ricerca è stata avviata da molti anni. L'idea iniziale per creare un effetto superradiante con l'acqua è nata con un secchio e un bidet. Il dottor Weinfurtner ha dichiarato:"Questa ricerca è nata da umili origini. Ho avuto l'idea iniziale di un esperimento a base d'acqua quando ero alla Scuola Internazionale di Studi Avanzati (SISSA) in Italia e ho creato un esperimento con un secchio e un bidet . Però, quando ha causato un'inondazione ho trovato subito un laboratorio in cui lavorare!

Dopo il suo postdottorato, Il dottor Weinfurtner ha continuato a lavorare con Bill Unruh, il fisico canadese che ha anche dato un contributo fondamentale alla nostra comprensione della gravità, buchi neri, cosmologia, campi quantistici in spazi curvi, e i fondamenti della meccanica quantistica, compresa la scoperta dell'effetto Unruh.

Il suo trasferimento all'Università di Nottingham ha accelerato la sua ricerca poiché è stata in grado di creare un proprio gruppo di ricerca con il supporto dell'officina meccanica della School of Physics and Astronomy.