A caccia di buchi neri nell'oceano

Gli inverni miti del Nord Europa sono dovuti alla Corrente del Golfo. Fa parte delle correnti oceaniche globali che caratterizzano il nostro clima. Tuttavia, il nostro clima è influenzato anche da enormi vortici oceanici con un diametro di oltre 150 chilometri. Secondo i rapporti di ricerca, il numero di questi vortici negli oceani meridionali sta aumentando, incrementando il trasporto di acqua calda e salata verso nord. Questo potrebbe compensare l'impatto negativo dello scioglimento dei ghiacci polari.

Finora, tuttavia, gli scienziati non sono stati in grado di misurare con precisione questo effetto dei vortici, poiché non sono riusciti a determinare i confini delle masse d'acqua in rotazione. George Haller, professore di Dinamica non lineare all'ETH di Zurigo, e Francisco Beron-Vera, professore di Oceanografia all'Università di Miami, hanno ora trovato una soluzione a questo problema. In una pubblicazione sul Journal of Fluid Mechanics, presentano un nuovo metodo matematico per riconoscere i vortici oceanici che trasportano acqua e che hanno confini chiari.

La difficoltà di trovare questi vortici consiste nel localizzare isole d'acqua coerenti in un oceano turbolento. Il movimento simultaneo di rotazione e deriva appare caotico a un osservatore esterno e interno al vortice. Haller e Beron-Vera sono riusciti a mettere ordine in questo caos identificando isole d'acqua coerenti in una sequenza di dati satellitari. Con grande stupore, si sono resi conto che questi vortici coerenti sono simili per matematica ai buchi neri.

Nessuna fuga dal vortice

I buchi neri sono oggetti nello spazio con una massa così grande da attrarre tutto ciò che si trova a una certa distanza da loro. Nulla di ciò che entra nella loro sfera di influenza può sfuggirgli, nemmeno la luce. Ma quando un raggio di luce passa davanti a un buco nero a una certa distanza, la sua gravità lo piega così fortemente che si chiude in un'orbita circolare. Nella teoria della relatività di Einstein, una superficie barriera composta da tali anelli chiusi di luce è chiamata sfera di fotoni.

Haller e Beron-Vera hanno scoperto linee di barriera chiuse simili intorno ad alcuni gorghi oceanici. Le particelle liquide si muovono lungo queste linee come in un'orbita chiusa, come il movimento della luce in una sfera di fotoni. E come nel caso dei buchi neri, nulla può sfuggire all'interno di queste linee di barriera chiuse, nemmeno l'acqua.

Sono proprio queste barriere che aiutano a riconoscere i vortici oceanici saldamente connessi nella grande quantità di dati satellitari disponibili. Secondo Haller, è molto sorprendente che tali "sfere d'acqua" coerenti esistano davvero.

I vortici come taxi d'acqua

Poiché i vortici si tengono insieme in modo così stabile, funzionano come un veicolo di trasporto - non solo per microrganismi come il plancton o corpi estranei come rifiuti di plastica o petrolio, ma anche per l'acqua con una temperatura e un contenuto salino che possono differire dall'acqua circostante. Haller e Beron-Vera hanno verificato questa osservazione nei cosiddetti Anelli di Agulhas, un gruppo di vortici oceanici che si formano regolarmente nell'oceano meridionale, all'estremità meridionale dell'Africa, e che trasportano acqua calda e salata verso nord. I ricercatori hanno seguito sette anelli di Agulhas del tipo "buco nero", che hanno trasportato l'acqua da loro inglobata per quasi un anno senza mescolarsi con l'acqua circostante.

Secondo Haller, tali vortici coerenti si verificano anche in altre correnti complesse al di fuori dell'oceano. In questo senso, molti cicloni sono probabilmente simili a buchi neri. Probabilmente l'esempio più spettacolare di un vortice di tipo buco nero potrebbe essere la grande macchia rossa - una megastorm stazionaria - del pianeta Giove. "La matematica cerca da tempo di capire questi vortici coerenti in flussi complessi", spiega Haller.

Sorprendentemente, lo scrittore americano Edgar Allan Poe è stato probabilmente il primo a riconoscere i gorghi oceanici come correnti parassite ben definite. Nel suo racconto "A Descent into the Maelstrom" (Una discesa nel Maelstrom), descrive una cintura stabile di schiuma attorno a un vortice oceanico. Ciò ha ispirato Haller e Beron-Vera a cercare queste fasce stabili - l'equivalente oceanico delle sfere di fotoni - utilizzando sofisticate formule matematiche. I loro risultati potrebbero aiutare a rispondere ad alcune delle grandi domande della scienza oceanica, dalle questioni legate al clima ai modelli di dispersione di rifiuti e petrolio.

Buco nero nel Golfo del Messico

Poco dopo la pubblicazione dei risultati di Haller e Beron-Vera, Josefina Olascoaga, professoressa di oceanografia a Miami, ha testato il nuovo metodo matematico. In modo del tutto inaspettato, ha scoperto un vortice di tipo buco nero nel Golfo del Messico. Olascoaga sta ora utilizzando questa scoperta per calcolare la diffusione coerente di una possibile futura fuoriuscita di petrolio.