Crean en un laboratorio la primera "bomba" de agujero negro

Los físicos han creado un modelo de una "bomba" de agujero negro en el laboratorio por primera vez, verificando una teoría propuesta hace más de 50 años. El experimento ayudará a los científicos a comprender mejor cómo giran los agujeros negros.

Un equipo de físicos de la Universidad de Southampton, en Inglaterra, la Universidad de Glasgow, en Escocia, y el Consejo Nacional de Investigación de Italia ha logrado reproducir en laboratorio el fenómeno teórico conocido como “bomba de agujero negro”, validando por primera vez experimentalmente una hipótesis formulada hace más de medio siglo dentro de la astrofísica y las teorías de campo cuántico. 

Mediante un cilindro de aluminio giratorio rodeado por bobinas magnéticas, los investigadores han demostrado la amplificación de ondas electromagnéticas, que funciona como un análogo a la superradiancia en agujeros negros, e incluso la generación espontánea de señales a partir del ruido de fondo. Estos hallazgos abren nuevas vías para estudiar inestabilidades cuánticas, posibles interacciones con materia oscura y aspectos termodinámicos de sistemas rotatorios extremos.

La energía de los agujeros negros

La idea de extraer energía de un agujero negro rotatorio tiene sus raíces en la propuesta de Roger Penrose en 1971, quien describió cómo el arrastre de espacio-tiempo podría permitir que algunas partículas recuperen más energía tras interactuar con el agujero negro, según se explica en un artículo publicado en Interesting Engineering.

Posteriormente, William Press y Saul Teukolsky formalizaron en 1972 la inestabilidad conocida como “bomba de agujero negro”, donde una onda atrapada por un espejo alrededor del objeto giratorio se amplifica indefinidamente, como informa Live Science. Al mismo tiempo, Yakov Zel’dovich anticipó en los años setenta que un cilindro metálico giratorio podría imitar este efecto para campos electromagnéticos, generando un análogo de superradiancia. 

La superradiancia es un fenómeno físico en el cual un grupo de emisores, como átomos excitados, interactúan colectivamente y de manera coherente con un campo electromagnético. Esta interacción, qué sucede en los agujeros negros, conduce a una emisión de energía mayor que la esperada si los emisores se comportaran de forma autónoma.

Resultados sorprendentes

En el nuevo estudio, publicado en arXiv, los científicos utilizaron un cilindro de aluminio giratorio colocado en el centro de tres capas de bobinas metálicas, capaces de generar un campo magnético rotatorio casi sincronizado con la velocidad del cilindro. Dicho cilindro actuó como el “agujero negro” en miniatura, mientras que las bobinas desempeñaron el papel de espejo, que atrapa y refuerza las ondas magnéticas.

Al aplicar una señal magnética inicial débil, los científicos registraron cómo el campo, tras interactuar con el cilindro giratorio, regresaba con mayor intensidad, confirmando la superradiancia predicha. Además, al retirar la señal de entrada, el sistema continuó generando ondas amplificadas a partir del ruido térmico de fondo, evidenciando una inestabilidad de “bomba” capaz de autoalimentarse que asombró a los investigadores.

Los datos experimentales muestran una ganancia exponencial en la amplitud de las ondas electromagnéticas, tal como lo anticiparon las teorías previas. Aunque no se formó un verdadero agujero negro, el análogo permite estudiar con precisión el proceso de extracción de energía rotacional y su retroalimentación positiva.

Según los especialistas, contar con un modelo controlado de superradiancia en laboratorio facilita explorar fenómenos difíciles de observar en el Universo, como la emisión de ondas gravitacionales por nubes de partículas alrededor de agujeros negros o la posible interacción con campos exóticos de materia oscura. Además, el experimento ofrece la posibilidad de entender en profundidad cómo se produce el giro de los enigmáticos agujeros negros.