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Simulando agujeros negros.

Muchas veces hacemos simulaciones para observar lo que sucede o sucedería un sistema.
Así, por ejemplo, hacemos una simulación para observar qué sucede durante una colisión de galaxias, ya que no disponemos del tiempo de espera necesario.
También, para estudiar las características de un sistema y verificar la teoría que lo describe, por ejemplo, el caso de un agujero negro.

Podemos emular un agujero negro con el vórtice de succión de un desagüe.

Simulación de agujero neegro en un tanque de agua

Crédito M. Richartz

En las vecindades del desagüe aparece un sutil remolino provocado por el Efecto Coriolis (pdp, El Efecto Coriolis y la conservación del Momento Angular, https://paolera.wordpress.com/2015/07/22/el-efecto-coriolis-y-la-conservacion-del-momento-angular/).
Ese remolino, bien emula el disco de acreción de materia que cae sobre el agujero negro arremolinándose, autofriccionando y recalentándose; lo que genera emisión de energía desde las vecindades del agujero negro.
Si se producen ondas perturbando de alguna manera la superficie del agua, veremos un comportamiento similar a lo que sucede con las ondas de radiación (luz).
Lejos del vórtice, las ondas viajan sin problema. En las vecindades, sienten la velocidad del flujo de agua, del remolino, y son atraídas hacia el vórtice. Eso muestra la radiación absorbida por el agujero negro. Más lejos, las ondas siguen su viaje ya que no sienten la velocidad del flujo de agua.
Pero a distancias intermedias, y más bien hacia el vórtice, las ondas sienten la velocidad del flujo de agua de manera que tienden a desviarse hacia un punto adelante del vértice, dejándolo entre ese punto y el origen de la perturbación. Eso bien emula la desviación de las ondas por el agujero negro, lo que origina las conocidas lentes gravitacionales.
Las ecuaciones de movimiento de las ondas en este caso, coinciden con las que se plantean en las vecindades de un agujero negro.
Incluso, los objetos que floten en el agua, deberán tener cada vez más velocidad para escapar del vórtice a medida que estén más cerca.

Pero hay una simulación más compleja. La que nos permite estimar la temperatura de un agujero negro.
Como todo objeto con energía, el agüero negro debe tener cierta temperatura que obviamente depende de su masa.
Aquí es donde aparece el agujero negro sónico.
Se produjo un flujo de átomos de Rubidio en un estado conocido como condensado de Bose-Einstein. Ese flujo de materia absorbe las ondas de sonido como el agujero negro absorbe las de radiación. Bajo esas condiciones se observó la creación de partículas y antipartículas, las que luego se aniquilaban. Pero en el agujero negro, una queda en el agujero negro y la otra fuera de él. Esta última se aleja dando lugar a la conocida Radiación Hawking.
También se midió la temperatura de ese agujero negro sónico, y su valor estuvo de acuerdo con lo que predice la teoría de Hawking.

Referencias:

Fuente:

pdp

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Hamacándonos en el espacio exterior.

¿A quién no le gusta hamacarse?
Aunque sea lentamente, pensando, o simplemente viendo el horizonte.
Es más… imaginemos hamacarnos en un lugar exótico, que tal… la Luna.

Starfield

Imagen crédito de Museum of Digital Art.

 Más aún… en el espacio viendo objetos llamativos.

Claro que para hamacarnos, la gravedad es fundamental. En la Luna es muy baja, aunque podríamos hacerlo, claro que hay que estar allí. Ya en el espacio interestelar o intergaláctico, eso no sería posible; a menos que hagamos una simulación.

Si contamos con un sistema que detecte el balanceo de una hamaca y con esos datos movemos una imagen delante nuestro como si realmente estuviéramos allí hamacándonos; bien, tendríamos una buena aproximación de lo que se sentiría.
Pues eso se hizo, acá está.

Referencia:

Fuente:

pdp.

Illustris y simulaciones en Astronomía.

No es novedad la aparición de Illustris[1], la simulación en computadora que reproduce la evolución del Universo.
Con la aparición de las computadoras, se pudo recrear el comportamiento de diferentes sistemas. Introduciendo las fórmulas que describen el comportamiento de un sistema natural o artificial, la computadora puede calcular rápidamente la información que muestre cómo estará el sistema dentro de un tiempo. Así es cómo podemos averiguar cuántos empleados son necesarios en un expendio de combustible, o cuántas pistas son necesarias para mantener un aeropuerto en ágil funcionamiento antes de construirlo.
En Ciencia, la computadora puede reproducir en poco tiempo, los millones de años que puede llevar la evolución de un sistema o ver cómo una droga afectaría un tejido.

Como poderosa herramienta de cálculo, la computadora permitió resolver numéricamente el problema de N-Cuerpos, o sea, el movimiento de muchos cuerpos bajo la acción de la mutua gravedad.
En Astronomía, esto sirvió de mucho. No podemos esperar millones de años para observar la colisión de dos galaxias o la formación de todo un sistema planetario. Simplemente se introducen las fórmulas en la computadora y los cálculos mostrarán los resultados. Todo depende de la veracidad del modelo (o fórmulas) introducidas. Así es como las simulaciones numéricas acompañan a la teoría. En cuestión de poco tiempo se puede ver si la teoría desarrollada reproduce lo observado luego de millones de evolución.

En este caso, Illustris viene a mostrar la evolución del Universo a través de una simulación numérica realizada en base a su modelo actual donde interviene la materia obscura.


La simulación comienza 12 millones de años luego del gran estallido y recrea 13 mil millones de años de evolución Universal, al menos del Sub Universo que observamos. Todo se reduce a un cubo de unos 300 millones de años luz[2].
Se observan los filamentos de materia donde actualmente parecen estar enhebradas las galaxias. Los nodos o grumos en esos filamentos dan lugar a los cúmulos y supercúmulos de galaxias. Explosiones de estrellas muy masivas arrojando al espacio materiales pesados. Galaxias masivas Elípticas y Espirales, regiones de Hidrógeno y hasta volúmenes del espacio donde aún se debe seguir investigando.
Illustris llevó 3 meses de proceso de 8 mil computadoras calculando en paralelo. Este mismo trabajo hubiera llevado 2 mil años de cálculo en una computadora personal.

Otras simulaciones:


 

Referencias:

  1. http://www.illustris-project.org/about/
  2. http://es.wikipedia.org/wiki/A%C3%B1o_luz

Fuente:

pdp.