Atlanto vandenyno pietinėje dalyje – juodosios skylės analogai

Atlanto vandenyno pietuose esantys vandens sūkuriai matematiškai yra ekvivalentiški juodosioms skylėms, tikina fizikai. Gali būti, kad šis atradimas padės geriau suprasti, kaip vandenynų srovės perneša šiukšles ir naftos teršalus.

Pagal astronominį apibrėžimą, juodosios skylės yra erdvėlaikio vietos, kuriose gravitacija yra tokia stipri, jog iš jos negali ištrūkti niekas – netgi šviesa. Šie keisti objektai pirmąkart XX a. buvo aprašyti teoriškai, kaip būdas matematiškai išspręsti bendrosios reliatyvumo teorijos lygtis. Ir tik gerokai vėliau astronomai sugalvojo būdų, kaip šiuos paslaptingus objektus galima būtų stebėti.

Viena iš keistų bendrosios reliatyvumo teorijos savybių – kad ta pati matematika yra tinkama įvairiausiose situacijose. Pavyzdžiui, pastaraisiais metais fizikai sugalvojo, kaip galima būtų sukurti nematomumo apsiaustus naudojant metamedžiagas, kurios šviesą apsuka aplink objektą, kurį norima paslėpti, rašo technologyreview.com.

Vandens sūkurys
©NASA

Juodosios skylės iškreipia šviesą lygiai taip pat, kaip ir erdvėlaikį. Formaliai, matematika, aprašanti abi sistemas, yra ekvivalentiška. Todėl neturėtų būti stebėtina, kad inžinieriai sukūrė juodųjų skylių ekvivalentus naudodami metamedžiagas – šie juodųjų skylių ekvivalentai sulaiko šviesą.

Visai neseniai Šveicarijos federalinio technologijų instituto mokslininkas George'as Halleris ir Majamio universiteto (JAV) mokslininkas Francisco Beron-Vera aptiko dar vieną juodosios skylės analogą – šįkart vandens turbulencijų pasaulyje.

Vandens sūkuriai dideliuose telkiniuose – seniai aprašytas reiškinys. Dar 1841 metais publikuotoje novelėje "Malstremo gelmėse" („A Descent into a Maelstrom“) Edgaras Allanas Poe rašė:

„Sūkurio pakraštį žymėjo plati žvilganti juosta, tačiau didžiulis piltuvas į savo gelmes neįtraukė nė vienos juostos dalelės“.

Šiuo sakiniu E. A. Poe aprašė vieną iš esminių besisukančio vandens darinių savybių: kad juos galima vertinti kaip koherentiškas salas nekoherentiškoje tėkmėje. Taigi, jie iš esmės yra nepriklausomi nuo savo aplinkos, apsupti, atrodytų, neįveikiamos ribos ir, jei išleidžia kažkiek skysčių į išorę, tai tik labai nedaug.

Jei pamanytumėte, kad toks aprašymas tiktų ir juodajai skylei, būtumėte teisus. G. Halleris ir F. Beron-Vera šį panašumą formalizavo ir, pasinaudodami tais pačiais matematiniais įrankiais, kuriais nusakomos juodosios skylės aprašė sūkurius turbulentiškuose skysčiuose.

E. A. Poe aprašyta „plati žvilganti juosta“ yra tikslus fotonų sferos, supančios juodąją skylę, analogas. Tai yra šviesos paviršius, kuris supa juodąją skylę, bet į ją nėra įtraukiamas.

G. Halleris ir F. Beron-Vera savo matematiniame modelyje netgi parodė, kad kiekviename turbulentiško vandens sūkuryje yra ir singuliariumas – visai, kaip astrofizinėje juodojoje skylėje.

Bet kuo gi toks sūkurių ir juodųjų skylių palyginimas naudingas? Pasirodo, tai yra svarbu tiriant skysčių dinamiką, identifikuojant sūkurius, kuriuos kitaip sunku pastebėti. Šiuo konkrečiu atveju sūkurio paieška supaprastinama – tereikia aptikti singuliariumą ir jį supančią ribą.

Savo modelį G. Halleris ir F. Beron-Vera prietaikė Indijos vandenyno pietvakarių ir pietų Atlanto vandenis. Šioje pasaulio dalyje vyksta gerai žinomas reiškinys, vadinamas Adatos kyšulio nuotėkiu (Agulhas leakage) - dėl Adatos kyšulio srovės susidarančiu vandens nutekėjimu iš Indijos vandenyno į Atlantą piečiau Gerosios vilties kyšulio. „Besibaigiant srovės tekėjimui į pietus, ji apsisuka ir susidaro kilpa, nuo kurios kartais atsignybia ir į Atlanto pietinę dalį atsiskiria verpetai (Adatos kyšulio žiedai)“, - sakė mokslininkai.

Vandenyno tyrimams mokslininkai panaudojo palydovinius pietų Atlanto vaizdus, rinktus nuo 2006 metų lapkričio – vandens dinamikai vertinti buvo pritaikyti paprastų matematinių veiksmų rinkinys, naudojamas juodosioms skylėms aptikti.

Per tris mėnesius mokslininkai aptiko aštuonis kandidatus, iš kurių du pasirodė esą juodųjų skylių su fotonų sferomis analogai. „Aptikome išskirtinai koherentiškų materijos juostų pietų Atlante, kuriose buvo gausu fotonų sferų, supančių juodąsias skyles, analogų“, - tikina mokslininkai.

Tai yra įdomūs rezultatai, galintis gerokai pakeisti mūsų suvokimą apie tai, kaip vandenynai perneša medžiagas. Kaip jau žinoma, jei kas patenka į juodąją skylę, tai niekuomet iš jos nebeištrūksta – taigi, tai turėtų galioti ir šiukšlėms, naftai ar pačiam vandeniui, kuriuos sutraukia vandens verpetai, koherentiškai keliaujantys milžiniškus atstumus. „Koherentiškus vandens verpetus vertinti kaip juodąsias skyles skatina ne tik matematinis ekvivalentiškumas, bet ir stebėjimų duomenys“, - sakė specialistai.

Be to, jų darbas atskleidė galimybę, kad juodųjų skylių analogai gali susidaryti ir kitose situacijose – pavyzdžiui, uraganuose. Ir nebūtinai vien Žemėje. Taigi, visai gali būti, kad garsioji Jupiterio Raudonoji dėmė yra pati didžiausia juodoji skylė Saulės sistemoje.