Físicos crean un agujero negro sónico en laboratorio
Imagen del agujero negro sónico - Oren Lahav

Físicos crean un agujero negro sónico en laboratorio

Aunque dura solo 20 milisegundos, es capaz de atrapar las ondas sonoras como los objetos análogos en el espacio se «tragan» la luz

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Científicos israelíes han creado el análogo sónico de un agujero negro. Estos objetos astronómicos son tan masivos que su intenso campo gravitatorio impide a la luz escapar de su atracción. El agujero negro sónico tiene un efecto similar, pero sobre las ondas sonoras. Los físicos esperan que este «engendro» les sea útil para comprender fenómenos que tienen lugar en los agujeros negros, como por ejemplo la radiación de Hawking.

Todos hemos oído hablar de los agujeros negros, esos sitios en que la densidad de la materia es tan alta que origina un campo gravitatorio lo suficientemente intenso como para que la velocidad de escape sea mayor a la velocidad de la luz. Esto hace que ni siquiera los fotones puedan escapar de su atracción, característica en la que se fundamenta su nombre. Estas singularidades poseen cualidades únicas, y los físicos pasan sus días especulando sobre sus extrañas propiedades. Como ocurre en otros campos de las ciencias, disponer de un objeto o modelo análogo al que se quiere estudiar puede resultar una buena manera de comprender algo que por su naturaleza no puede ser analizado directamente. Con esta idea en mente, Oren Lahav y sus colegas, científicos del Technion-Israel Institute of Technology en Haifa, Israel, han creado un “agujero negro sónico” cuyos detalles ha sido publicados en el último número de la conocida revista Physical Review Letters.

Así como un agujero negro impide que las ondas luminosas escapen de su influencia, los agujeros negros sónicos son capaces de absorber las ondas sonoras. A pesar de su corta duración, los autores de este trabajo creen que los agujeros negros sónicos podría ser una excelente herramienta para observar y estudiar un análogo de la radiación de Hawking, una clase de radiación que se cree seria emitida por los agujeros negros “de toda la vida” pero cuya existencia a resultado -hasta hoy- muy difícil de demostrar.

El agujero en cuestión se basa en un condensado Bose-Einstein compuesto por un centenar de miles de átomos de rubidio que fueron desacelerados a su estado cuántico más bajo mediante una trampa magnética. Este grupo de átomos fríos actúa como un único objeto macroscópico -similar al superfotón creado en la Universidad de Bonn- pero con algunas propiedades típicas de la mecánica cuántica. Lograr esta hazaña no fue fácil, y fue necesario resolver problemas bastante complejos, como encontrar la forma de acelerar partes del condensado a velocidades supersónicas para crear diferentes regiones en su interior. Se utilizó un láser de gran diámetro para crear un serie de “escalones” de potencial, logrando que cuando el condensado Bose-Einstein cruza estas zonas, se acelera hasta velocidades supersónicas. Los científicos demostraron que el condensado podría acelerarse más de un orden de magnitud que la velocidad del sonido.

Estable durante 20 milisegundos

"La mayor importancia de nuestro trabajo es que hemos logrado superar la velocidad crítica Landau, que establece que el flujo no puede exceder la velocidad del sonido", explica Jeff Steinhauer, uno de los coautores del trabajo. "Nuestro experimento supera este límite, al menos durante un período finito de tiempo." En esta configuración, el límite entre las regiones supersónicas y subsónicas actúa como si fuese el horizonte de eventos de un agujero negro. En la frontera de este horizonte de sucesos la velocidad del flujo del condensado es exactamente igual a la velocidad del sonido. En el lado supersónico de la barrera, la densidad del condensado es mucho menor que en el lado subsónico. Como explicaron los científicos, a una baja densidad le corresponde a una velocidad de flujo más alta, debido a la conservación de la masa.

En los experimentos se demostró que el horizonte de eventos de este agujero negro sónico era estable durante aproximadamente 20 milisegundos. Transcurrido de ese plazo, las inestabilidades del sistema desmoronan el agujero. Sin embargo, en ese tiempo se ha podido demostrar que de la misma forma que un agujero negro atrapa fotones, la región supersónica del agujero negro sónico funciona como una eficiente trampa para las ondas de sonido y otras ondas, siempre que estén dentro del rango comprendido entre los 1,6 y 18 micrómetros. Las que poseen una longitud de onda mas corta puede escapar, y aquellas con longitudes de onda mayores no caben en la región supersónica del agujero.

Como decíamos, los científicos creen que pueden utilizar el nuevo agujero negro de sonido como modelo para estudiar la radiación de Hawking. El famoso físico Stephen Hawking predijo que un agujero negro puede emitir una pequeña cantidad de radiación térmica debido a efectos cuánticos. La pérdida de esta radiación puede causar que el agujero negro reduzca su tamaño, e incluso que -transcurrido el tiempo suficiente- se evapore por completo. Hasta hoy hemos sido poco hábiles para detectar esta radiación, pero este nuevo proyecto podría finalmente ayudarnos a comprobar su existencia.