COSMOLOGÍA

Cómo estudiar un agujero negro en el laboratorio

Científicos intentan reproducir las condiciones de un agujero negro en la Tierra para comprobar que se cumplen las predicciones sobre la radiación de Hawking. 

La forma en que el agua escapa de un estanque recuerda al horizonte de sucesos
La forma en que el agua escapa de un estanque recuerda al horizonte de sucesos Wikimedia Commons

Cuando imaginamos el futuro incluimos necesariamente un más amplio y mejor conocimiento del universo. Ahí están películas como Interstellar en las que se hace uso de nuestros conocimientos actuales para describir lo que podría conseguirse con ellos en un futuro lejano en la exploración espacial. Pero existe un problema: a la hora de la verdad antes de embarcarnos, física y financieramente, en un proyecto la ciencia tiene que ser robusta. Siguiendo con el ejemplo de Interstellar, ¿cómo podemos considerar siquiera un viaje cerca de un agujero negro si no sabemos a ciencia cierta cómo es su física?

Efectivamente, hay aspectos de los agujeros negros que aún no han podido comprobarse y que muy difícilmente podrá conseguirse aunque hayan granjeado mucha fama a sus autores, como la radiación de (Stephen) Hawking. En el caso de ésta ello se debe a que esta radiación térmica de baja temperatura (del orden de microkelvins) se termina confundiendo con el fondo cósmico de microondas.

No hace falta salir de un laboratorio para crear un análogo de agujero negro.

A pesar de ello, aunque no pensando en futuros viajes a las proximidades de agujeros negros de momento y a pesar de que la relación con la física del agujero negro propiamente dicho es aún objeto de debate, hay científicos que intentan reproducir las condiciones de un agujero negro en la Tierra para comprobar que se cumplen las predicciones. Pero no es necesario alarmarse.

Análogos de un agujero negro lo podemos encontrar en el lugar más insospechado. En La brillante idea del Dr. Hawking lo explicábamos así: consideremos, por ejemplo, un lago de aguas tranquilas. Si tiramos una piedra veremos cómo las ondas que origina se expanden en círculos en todas direcciones. Si hacemos el experimento cerca de una salida del lago donde el agua comienza a moverse, veremos que las ondas ya no son circulares sino que se ven deformadas en la dirección del movimiento. Si existiese una zona de aguas rápidas en la salida, llegaría un momento en la que la velocidad sería tan alta que las ondas de la superficie ya no pueden ir corriente arriba. Se ha formado un horizonte de sucesos en el curso de agua, las ondas ya no pueden escapar si lo sobrepasan. En la imagen vemos que las perturbaciones del agua que cae no consiguen afectar a la placidez de la del lago de arriba, ya que han sobrepasado el horizonte de sucesos, que está unos metros antes de la salida del agua.

Han creado un análogo de agujero negro usando polaritones.

Pero no hace falta salir de un laboratorio para crear un análogo de agujero negro. Los físicos han recreado el comportamiento de un agujero negro en el pasado en ondas acuáticas, en átomos fríos y en varios sistemas ópticos. Ahora un grupo de investigadores ha creado un análogo de agujero negro usando polaritones. Los polaritones son cuasipartículas que surgen en los sólidos como combinación de un fotón y un excitón, una cuasipartícula que representa la excitación electrónica. Los polaritones fluyen a través de una cavidad semiconductora unidimensional con un defecto que termina produciendo un “horizonte de sucesos acústico”, que atrapa las ondas que se producen en el fluido cuántico de forma similar a como las ondas de luz se ven atrapadas en el horizonte de sucesos de un agujero negro. Al igual que pasaba en nuestra analogía del lago, lo que ocurre es que en el defecto (que a efectos prácticos no es más que una un ensanchamiento de la cavidad) la velocidad del flujo de polaritones pasa de ser subsónica a supersónica, creando, como en el caso de los rápidos a la salida del lago, un horizonte de sucesos.

Experimentos futuros con este sistema podrían poner de manifiesto una señal que sería el equivalente acústico de la radiación de Hawking. Como los investigadores calculan que en este sistema la radiación de Hawking equivalente sería del orden de kelvins, mucho más caliente que la de otros análogos de agujeros negros, ello podría dar lugar a una detección inequívoca de una emisión tipo Hawking espontánea simplemente observando las fluctuaciones en la densidad de polaritones.

Un paso más en nuestro futuro viaje a los misterios del universo.

Referencia: H. S. Nguyen, D. Gerace, I. Carusotto, D. Sanvitto, E. Galopin, A. Lemaître, I. Sagnes, J. Bloch, and A. Amo (2015) Acoustic Black Hole in a Stationary Hydrodynamic Flow of Microcavity Polaritons Physical Review Letters DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.036402 

* Este artículo es parte de ‘Proxima’, una colaboración semanal de la Cátedra de Cultura Científica de la UPV con Next. Para saber más, no dejes de visitar el Cuaderno de Cultura Científica.


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