Μαύρες τρύπες στους ωκεανούς ;

Posted on 25/09/2013

2


Στο τελευταίο επεισόδιο του 6ου κύκλου της δημοφιλούς τηλεοπτικής σειράς «The Big Bang Theory», ο Howard ανακοινώνει στον Leonard, πως τον πρότεινε να συμμετάσχει σε μια πειραματική ομάδα που καθοδηγείται από τον Stephen Hawking …
(υπενθυμίζουμε ότι o Hawking είχε «παίξει τον εαυτό του» σε προηγούμενο επεισόδιο της χιουμοριστικής σειράς)

Σύμφωνα λοιπόν με το σενάριο, η πειραματική αποστολή θα ερευνήσει στη Βόρεια Θάλασσα τις υδροδυναμικές προσομοιώσεις των μαύρων τρυπών !

Ιδού και το σχετικό απόσπασμα:

Έχει σχέση η θάλασσα με τις μαύρες τρύπες ή πρόκειται για μυθοπλαστικό εφεύρημα των σεναριογράφων;

Κι όμως υπάρχει σχέση. Την σχέση αυτή περιγράφουν (για άλλη μια φορά) οι ερευνητές G. Haller και F. J. Beron-Vera στην πρόσφατη εργασία τους με τίτλο «Coherent Lagrangian vortices: the black holes of turbulence», που δημοσιεύεται στο Journal of Fluid Mechanics.

Σύμφωνα με το news.in.gr (και www.ethlife.ethz.ch):
«… Ορισμένες από τις μεγαλύτερες δίνες που σχηματίζονται στους ωκεανούς είναι μαθηματικά ισοδύναμες με τις μαύρες τρύπες, υπολογίζουν ερευνητές στην Ελβετία και τις ΗΠΑ. Μέχρι σήμερα αθέατοι, οι σχηματισμοί αυτοί φαίνεται ότι μεταφέρουν νερό σε μεγάλες αποστάσεις και δεν αποκλείεται να επηρεάζουν το παγκόσμιο κλίμα.

Η ύπαρξη αυτών των γιγάντιων δινών, οι οποίες μπορούν να φτάσουν σε διάμετρο τα 150 χιλιόμετρα, ήταν γνωστή από προηγούμενες παρατηρήσεις. Ο ρόλος τους όμως στην ωκεάνια κυκλοφορία ήταν δύσκολο να μελετηθεί, καθώς τα όρια αυτών των περιστρεφόμενων υδάτινων όγκων ήταν σχεδόν αδύνατο να εντοπιστούν.

Η ελβετο-αμερικανική ομάδα παρουσιάζει μια νέα μαθηματική τεχνική που επιτρέπει τον εντοπισμό και την παρακολούθηση τέτοιων δινών σε δορυφορικές εικόνες.

Μιλώντας μαθηματικά οι δίνες στους ωκεανούς μοιάζουν με τηις μάυρες τρύπες (Illustration: G. Haller / ETH Zurich)

Μιλώντας μαθηματικά οι δίνες στους ωκεανούς μοιάζουν με τις μάυρες τρύπες (Illustration: G. Haller / ETH Zurich)

Προς έκπληξη των ερευνητών, οι γιγάντιες δίνες είναι κλειστοί σχηματισμοί που συμπεριφέρονται όπως οι μαύρες τρύπες στη μαθηματική περιγραφή τους.

Οι μαύρες τρύπες είναι αντικείμενα με τόσο μεγάλη μάζα ώστε τίποτα, ακόμα και το φως, δεν μπορεί να δραπετεύσει αν πλησιάσει πέρα από μια συγκεκριμένη απόσταση. Όπως φαίνεται, και οι γιγάντιες δίνες συγκρατούν μέσα τους το όλο το νερό που έχουν παγιδεύσει -είναι δηλαδή κλειστοί όγκοι παγιδευμένου νερού, όπως οι μαύρες τρύπες είναι κλειστοί σχηματισμοί παγιδευμένης μάζας.

Στις μαύρες τρύπες, το όριο πέρα από το οποίο δεν υπάρχει επιστροφή ονομάζεται ορίζοντας των γεγονότων (επειδή κανένα γεγονός δεν μπορεί να γίνει αντιληπτό πέρα από αυτό το όριο). Μια ακτίνα φωτός που περνά αυτό τον ορίζοντα ακολουθεί μια σπειροειδή τροχιά πριν χαθεί για πάντα μέσα στο κοσμικό τέρας.

Ακριβώς έξω από τον ορίζοντα των γεγονότων, όμως, υπάρχει ένα άλλο όριο που αποκαλείται «σφαίρα» φωτονίων». Μια ακτίνα φωτός που πλησιάζει αυτή τη νοητή σφαίρα δεν πέφτει μέσα στην τρύπα -απλά καμπυλώνεται και τίθεται σε τροχιά γύρω της για πάντα.

Οι ερευνητές του Ομοσπονδιακού Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Ζυρίχης (ETH Zürich) ανακάλυψαν ένα αντίστοιχο της σφαίρας φωτονίων σε γιγάντιες ωκεάνιες δίνες. Σε αυτά τα όρια των δινών, τα μόρια νερού κινούνται διαρκώς σε κλειστούς κύκλους. Και, όπως συμβαίνει σε μια μαύρη τρύπα, ό,τι βρίσκεται στο εσωτερικό της δίνης δεν μπορεί να δραπετεύσει σε ήρεμα νερά.

Τα κλειστά όρια των δινών είναι αυτό που επιτρέπει την αναγνώριση και την παρακολούθηση των δινών σε δορυφορικές εικόνες, αναφέρουν οι ερευνητές.

Επισημαίνουν επίσης ότι, από τη στιγμή που οι δίνες είναι κλειστοί και σταθεροί όγκοι νερού, λειτουργούν ουσιαστικά ως οχήματα μεταφοράς νερού σε μεγάλες αποστάσεις.

Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Μαϊάμι κατάφεραν σε επόμενη φάση να αναγνωρίσουν δίνες σαν μαύρες τρύπες στους Δακτυλίους του Αγκούλας, μιας σειράς ωκεάνιων δινών που εμφανίζονται έξω από το νότιο άκρο της Αφρικής και μεταναστεύουν στο Νότιο Ωκεανό έξω από την Ανταρκτική.

Συνολικά καταγράφηκαν επτά τέτοιες δίνες, οι οποίες διατηρήθηκαν για διάστημα σχεδόν ενός έτους χωρίς να εμφανίζουν διαρροή νερού.

Τα ευρήματα επιβεβαιώθηκαν μάλιστα από ανεξάρτητους ερευνητές, επίσης στο Πανεπιστήμιο του Μαϊάμι, οι οποίοι χρησιμοποίησαν τη νέα τεχνική για να ανακαλύψουν μια δίνη τύπου μαύρης τρύπας στον Κόλπο του Μεξικού.

Η ερευνητική ομάδα που υπογράφει τη δημοσίευση υποψιάζεται ότι μαθηματικά ισοδύναμα των μελανών οπών εμφανίζονται και σε άλλα ρευστά εκτός των ωκεανών.

Μια τέτοια περίπτωση δεν αποκλείεται να είναι η Μεγάλη Ερυθρά Κηλίδα, μια γιγάντια αλλά σταθερή δίνη που μαίνεται στον Δία εδώ και αιώνες.»

Βίντεο: Animation of the Agulhas Rings, ocean eddies of the black hole type


(και μια επισήμανση …)
Είναι η δεύτερη φορά μέσα σε μικρό χρονικό διάστημα που βλέπω αναφορά στον Αμερικανό λογοτέχνη Edgar Allan Poe (1809 – 1849) σε επιστημονική εργασία. Στην παραπάνω μελέτη των  G. Haller και F. J. Beron-Vera γίνεται αναφορά στο διήγημα «Η δίνη του Μαελστρόμ» ως εξής:

«… Parallel to these developments, coherent vortices are sometimes described as whirlpools, or maelstroms, in popular fiction. An early example can be found in Edgar Allan Poe’s short story entitled A Descent into a Maelstrom :
‘The edge of the whirl was represented by a broad belt of gleaming spray; but no particle of this slipped into the mouth of the terrific funnel . . . ’
MaelstromThis literary account depicts a belt-like vortex boundary that keeps particles from entering its interior (figure). Altogether, Poe’s view on vortices is Lagrangian, and resonates with our intuition for black holes in cosmology…