Um buraco negro sônico (ou buraco negro sónico), por vezes denominado buraco mudo (em inglês: dumb hole) ou buraco negro acústico, é um fenômeno no qual fônons (perturbações sonoras) são incapazes de escapar de uma região de um fluido que está escoando a uma velocidade superior à velocidade do som local. São denominados buracos negros sônicos, ou acústicos, porque esses fônons aprisionados são análogos à luz nos buracos negros astrofísicos (gravitacionais). Os físicos interessam-se por eles por possuírem diversas propriedades semelhantes às dos buracos negros astrofísicos e, em particular, por emitirem uma versão fonônica da radiação Hawking. Essa radiação Hawking pode ser gerada espontaneamente por flutuações quânticas do vácuo, em estrita analogia com a radiação Hawking de um buraco negro real. Por outro lado, a radiação Hawking pode ser estimulada num processo clássico. A fronteira de um buraco negro sônico, na qual a velocidade de escoamento transita de um valor superior à velocidade do som para um valor inferior, é denominada horizonte de eventos.
História do conceito A utilidade teórica dos buracos negros acústicos foi proposta pela primeira vez por W. G. Unruh em 1981. Contudo, o primeiro análogo de buraco negro só foi produzido em laboratório em 2009. Foi gerado num condensado de Bose-Einstein de rubídio utilizando uma técnica denominada inversão de densidade. Essa técnica gera um escoamento ao repelir o condensado com um potencial mínimo. A gravidade de superfície e a temperatura do buraco negro sônico foram mensuradas, mas não se tentou detectar a radiação Hawking. Não obstante, os cientistas responsáveis pelo experimento previram que a configuração experimental era adequada para tal detecção e sugeriram um método pelo qual isso poderia ser alcançado por emissão estimulada (lasing) de fônons. Em 2014, os mesmos pesquisadores relataram a observação de radiação Hawking estimulada num laser análogo de buraco negro. A radiação Hawking espontânea e quântica foi observada posteriormente.
Um buraco negro sônico em rotação foi utilizado em 2010 para fornecer o primeiro teste laboratorial da super-radiância, um processo pelo qual energia é extraída de um buraco negro.
Visão geral
Fluidos perfeitos Os buracos negros sônicos são possíveis porque os fônons em fluidos perfeitos exibem as mesmas propriedades de movimento que campos no espaço e no tempo, a exemplo da gravidade. Por essa razão, um sistema no qual um buraco negro sônico pode ser criado é denominado um análogo gravitacional. Quase qualquer fluido pode ser empregado para criar um horizonte de eventos acústico, mas a viscosidade da maioria dos fluidos introduz movimentos aleatórios que tornam propriedades como a radiação Hawking praticamente impossíveis de detectar. A complexidade de tal sistema tornaria muito difícil a obtenção de qualquer conhecimento sobre tais propriedades mesmo que pudessem ser detectadas. Muitos fluidos quase perfeitos foram propostos para a criação de buracos negros sônicos, tais como o hélio superfluido, gases de Fermi degenerados unidimensionais e o condensado de Bose-Einstein. Análogos gravitacionais distintos de fônons num fluido, como a luz lenta e sistemas de íons, também foram propostos para o estudo de análogos de buracos negros. O fato de tantos sistemas mimetizarem a gravidade é por vezes apontado como indício em favor da teoria da gravidade emergente, a qual poderia contribuir para conciliar a relatividade com a mecânica quântica.
Engenharia acústica Além dos supramencionados buracos negros sônicos ou acústicos que podem ser encarados como análogos de buracos negros astrofísicos, objetos físicos portadores das mesmas denominações também existem na Engenharia Acústica e de Vibrações, onde são empregados para a absorção sonora e para o amortecimento de vibrações estruturais. O efeito de Buraco Negro Acústico em tais estruturas pode ser obtido estabelecendo uma redução gradual da velocidade do som num guia de onda ou da velocidade de ondas elásticas numa estrutura sólida (por exemplo, a velocidade de ondas de flexão em placas delgadas) em função da distância de propagação. A redução de velocidade necessária deve obedecer a uma lei de potência da distância de propagação, devendo a velocidade no término da trajetória da onda ser reduzida a um valor próximo de zero. Ademais, devem ser adotadas medidas para inserir uma pequena quantidade de materiais absorventes tradicionais de som ou vibração na zona de velocidade de propagação extremamente baixa. Sob essas condições, os buracos negros sônicos ou acústicos descritos proporcionam uma absorção de quase 100% das ondas acústicas incidentes propagadas pelo ar ou por via estrutural.
Ver também
Métrica acústica Modelos análogos de gravidade Buraco negro Buraco negro óptico Gravidade quântica
Ligações externas
Categoria:Buracos negros Categoria:Dinâmica de fluidos