Según investigadores de ETH Zurich y la Universidad de Miami, algunos de los más grandes remolinos oceánicos de la Tierra son matemáticamente equivalentes a los misteriosos agujeros negros del espacio. Estos remolinos están protegidos con tanta fuerza por corrientes circulares de agua que nada atrapado en ellos escapa
Los inviernos suaves que experimenta el norte de Europa son gracias a la Corriente del Golfo, que forma parte de las corrientes del océano que abarcan el mundo y tienen impacto en el clima. Sin embargo, el clima también se ve influido por los enormes remolinos de más de 150 kilómetros de diámetro que giran y derivan a través del océano. Se informa una creciente cantidad en el Océano Austral, aumentando el transporte hacia el norte de aguas cálidas y saladas. Curiosamente, esto podría moderar el impacto negativo de la fusión de hielo del mar en un clima que se calienta.
Sin embargo, los científicos no han podido cuantificar este impacto hasta el momento, debido a que los límites exactos de estos cuerpos giratorios en el agua han permanecido indetectables. George Haller, profesor de Dinámica no Lineal en la ETH Zurich, y Francisco Beron-Vera, profesor de investigación de Oceanografía de la Universidad de Miami, han llegado a una solución a este problema. En un artículo publicado recientemente en el Journal of Fluid Mechanics, desarrollan una nueva técnica matemática para encontrar los remolinos transportadores de agua con límites coherentes.
El desafío en la búsqueda de esos remolinos es identificar islas coherentes de agua en un océano turbulento. El movimiento de fluido en rotación y a la deriva aparece caótico para el observador, tanto dentro como fuera de un remolino. Haller y Beron-Vera fueron capaces de restaurar el orden en este caos aislando las islas de agua coherentes en una secuencia de observaciones satelitales. Para su sorpresa, esos remolinos coherentes resultaron ser matemáticamente equivalentes a los agujeros negros.
No hay escape de la vorágine
Los agujeros negros son objetos en el espacio con una masa tan grande que atraen a todo lo que llega a una cierta distancia de ellos. Nada de lo que se acerca demasiado puede escapar, ni siquiera la luz. Pero a una distancia crítica, un haz de luz ya no cae en espiral en el agujero negro. Más bien, éste se dobla dramáticamente y vuelve a su posición original, formando una órbita circular. Una superficie de barrera formada por las órbitas cerradas de luz se llama esfera de fotones en la teoría de la relatividad de Einstein.
Haller y Beron-era descubrieron barreras cerradas similares alrededor de algunos remolinos oceánicos selectos. En estas barreras, las partículas del fluido se mueven en bucles cerrados… en forma similar a la trayectoria de la luz en una esfera de fotones. Y como en un agujero negro, nada puede escapar desde el interior de estos bucles, ni siquiera el agua.
Son precisamente estas barreras las que ayudan a identificar los remolinos oceánicos coherentes en la gran cantidad de datos observacionales disponibles. Según Haller, es sorprendente el hecho mismo de que existan estas órbitas coherentes de agua en medio de las corrientes oceánicas complejas.
Remolinos como taxis acuáticos
Debido a que los remolinos oceánicos de tipo agujero negro son estables, funcionan de la misma manera que un vehículo de transporte; no sólo para microorganismos tales como el plancton o cuerpos extraños como residuos de plástico o de aceite, sino también para agua con un calor y contenido de sal que puede diferir de la del agua circundante. Haller y Beron-Vera han verificado esta observación en los Anillos de Agulhas, un grupo de remolinos oceánicos que surgen periódicamente en el Océano Austral en el extremo sur de África y transportan agua salada cálida hacia el noroeste. Los investigadores identificaron siete Anillos de Agulhas del tipo de agujero negro, que transportan el mismo cuerpo de agua sin fugas durante casi un año.
Haller señala la existencia de vórtices coherentes similares en otros complejos flujos fuera del océano. En este sentido, es probale que muchos tornados también sean similares a los agujeros negros. Incluso la Gran Mancha Roja —una tormenta estacionaria— en el planeta Júpiter podría ser el ejemplo más espectacular de un vórtice tipo agujero negro. «Los matemáticos han estado tratando de entender estos vórtices peculiarmente coherentes en flujos turbulentos desde hace mucho tiempo», explica Haller.
Cabe destacar que la primera persona en describir los remolinos oceánicos como islas de agua coherentes bien podría haber sido el escritor estadounidense Edgar Allan Poe. En su cuento «Un descenso al Maelstrom», imaginó un cinturón estable de espuma alrededor de un remolino. Esto sirvió de inspiración para Haller y Beron-Vera, que pasaron a encontrar estas cintas —el equivalente oceánico de las esferas de fotones— utilizando fórmulas matemáticas sofisticadas. Se espera que sus resultados ayuden a resolver una cantidad de rompecabezas oceánicos, que van desde las preguntas relacionadas con el clima a la propagación de los patrones de contaminación del medio ambiente.
Remolino en el Golfo de México
Justo después de la publicación de los resultados de Haller y de Beron, Josefina Olascoaga, también profesora de Oceanografía en Miami, probó su nuevo método matemático. Inesperadamente, ella encontró un gran agujero negro tipo remolino en el Golfo de México. Olascoaga ahora utiliza los hallazgos para evaluar el transporte coherente de la contaminación de un posible derrame de petróleo del futuro.
Haller G, Beron-Vera F: Coherent Lagrangian Vortices: The Black Holes of Turbulence. Journal of Fluid Mechanics (Diario de Mecánica de Fluidos), vol . 731 (2013) R4 : doi : 10.1017/jfm.2013.391
Fuente: ETH Life. Aportado por Eduardo J. Carletti
Más información:
