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Descubren que los remolinos que se forman en los océanos funcionan como los agujeros negros del espacio

Descubren que los remolinos que se forman en los océanos funcionan como los agujeros negros del espacio

El estudio de Haller y Beron-Vera ha encontrado barreras que bordean estos cuerpos de agua similares a las esferas fotónicas de la Teoría de la Relatividad.


Los inviernos templados que se han experimentado en el Norte de Europa son debidos a la Corriente del Golfo, que forma parte de los océanos que actualmente se extienden a lo largo del globo y tienen impacto sobre el clima. De cualquier modo, nuestro clima también está influido por los remolinos de más de 150 kilómetros de diámetro que rotan y se desplazan a la deriva a lo largo del océano. Su número se encuentra supuestamente en aumento en los océanos de la parte Sur, lo que incrementa el transporte hacia el norte de agua tibia y salada. De forma sorprendente, esto podría moderar el impacto negativo del derretimiento del hielo en el mar durante el calentamiento climático.

En todo caso, los científicos habían sido incapaces hasta ahora de cuantificar ni remotamente cómo será este impacto, porque el límite exacto de estos cuerpos de aguas revueltas ha permanecido indetectable. George Haller, profesor de Dinámicas No Lineales en el ETH de Zúrich, y Francisco Beron-Vera, profesor e investigador de Oceanografía de la Universidad de Miami, han dado con una posible solución para este problema. En un trabajo publicado en el Journal of Fluid Mechanics, desarrollan una nueva técnica matemática para encontrar los remolinos que transportan el agua con límites coherentes.

El desafío para encontrar estos remolinos es identificar islas de agua coherentes en un océano lleno de turbulencias. El movimiento de rotación y deriva se muestra caótico para el observador tanto dentro como fuera de un remolino. Haller y Beron-Vera fueron capaces de restaurar un cierto orden dentro del caos aislando islas de agua coherentes a partir de una secuencia de observaciones satelitales. Para su sorpresa, estos remolinos coherentes resultaban ser matemáticamente equivalentes a los agujeros negros.

Los agujeros negros son objetos que se encuentran en el espacio y que tienen una masa tan grande que atraen a todo lo que pasa a una cierta distancia de ellos. Nada que pase lo suficientemente cerca de ellos puede escapar, ni siquiera la luz.  Pero a una distancia crítica, un rayo de luz no se transforma en una espiral que va dentro del agujero negro. En lugar de eso, el rayo se curva dramáticamente y vuelve a su posición original, formando una órbita circular. Una barrera superficial formada por órbitas de luz cercanas es conocida como una esfera fotónica en la Teoría de la Realtividad de Einstein.

Haller y Beron-Veran descubrieron barreras cercanas muy similares a éstas alrededor de los remolinos que habían seleccionado. En esas barreras, las partículas del fluido se movían alrededor en círculos cercanos, de un modo similar a los caminos de la luz en las esferas fotónicas. Y al igual que sucede en un agujero negro, nada podía escapar del interior de esos círculos, ni siquiera el agua.

Son precisamente esas barreras las que ayudaron a que los científicos pudieran identificar remolinos oceánicos coherentes dentro de la amplísima cantidad de datos de observación que hay disponibles. De acuerdo con el criterio de Haller, el hecho de que cada órbita coherente de agua exista dentro de la compleja estructura de los océanos es algo muy sorprendente.

 


Matemáticamente hablando, los remolinos oceánicos son una contraparte de los agujeros negros en el espacio. Imagen cortesía de George Haller / ETH Zúrich.


Puesto que los remolinos oceánicos del tipo de los agujeros negros son estables, su función viene siendo la misma que la de un vehículo de transporte, no sólo para los microorganismos como el plancton o los cuerpos extraños como la contaminación de plásticos o aceites, sino también para agua con una calidez y un contenido en sal que es diferente del que tiene el agua que la rodea. El equipo científico verificó esta observación en los Anillos o remolinos de las Agulhas, un grupo de remolinos oceánicos que emerge regularmente en los océanos del Sur, más al sur de la punta de África, y que transportan agua cálida y salada en dirección al norte. Los investigadores identificaron siete Anillos de Agulhas del tipo de los agujeros negros, y vieron que transportaban cuerpos de agua sin ningún tipo de escape durante al menos un año.

Haller señala que existen vórtices similares en otras corrientes complejas de las que se dan en el océano. En este sentido, es probable que muchos otros torbellinos de los que se registran sean similares a los agujeros negros también. Incluso la Great Red Spot –una tormenta estacionaria- de Júpiter podría tratarse del ejemplo más espectacular de vórtice similar a los agujeros negros. “Los matemáticos ha estado intentando entender estos peculiares vórtices coherentes que se encuentran en corrientes turbulentas durante mucho tiempo”, explica el investigador.

Curiosamente, la primera persona que describió los remolinos oceánicos como islas coherentes de agua podría haber sido el escritor americano Edgar Allan Poe. En su relato ‘Un descenso al Maelstrom’, imaginó un cinturón estable de espuma alrededor de un torbellino. Esto sirvió como inspiración para Haller y Beron-Vera, que se dispusieron a encontrar estos cinturones –los equivalentes oceánicos a las esferas fotónicas- empleando sofisticadas fórmulas matemáticas. Ahora, se espera que los resultados que han obtenido puedan ayudar a resolver un amplio número de misterios oceánicos, desde las cuestiones relacionadas con el cambio climático a la propagación de los patrones de polución medioambiental.

De hecho, justo tras la publicación de este estudio de Haller y Beron-Vera, la profesora de Oceanografía de la Universidad de Miami Josefina Olascoaga comprobó su nuevo método matemático. Inesperadamente, encontró un gran remolino del tipo de los agujeros negros en el Golfo de México. Olascoaga está empleando el hallazgo para evaluar el transporte coherente de aguas contaminadas en el caso de un futuro vertido de petróleo.

 

 
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