Un laboratorio observa el efecto de extracción de energía de un agujero negro sin un objeto en rotación

Investigadores han observado por primera vez un régimen de Floquet de superradiancia rotacional en un entorno de laboratorio, demostrando el proceso de Penrose-Zel'dovich, largamente teorizado, utilizando una red de anillos modulada espaciotemporalmente en lugar de un agujero negro en rotación. Los resultados, publicados en Nature el 8 de julio, confirman que las ondas con las propiedades rotacionales adecuadas pueden extraer energía de un sistema en rotación y emerger amplificadas.nature+2

De la teoría astrofísica al experimento de sobremesa

El proceso de Penrose, propuesto por Roger Penrose en 1969, describe cómo se podría extraer energía de la ergosfera de un agujero negro en rotación. Yakov Zel'dovich amplió la idea a principios de la década de 1970, prediciendo que cualquier absorbedor en rotación podría amplificar ondas electromagnéticas que transportan momento angular, siempre que el objeto gire lo suficientemente rápido. Durante décadas, el efecto permaneció fuera del alcance experimental.phys+1

El nuevo trabajo, dirigido por Hadiseh Nasari, Hady Moussa de la Iniciativa de Fotónica del Centro de Investigación Científica Avanzada de CUNY, y Andrea Alù, evita la necesidad de un objeto que gire físicamente. En cambio, el equipo diseñó una red de anillos con modulación espaciotemporal, simulando efectivamente la rotación a través de cambios cuidadosamente cronometrados en las propiedades del sistema. Este enfoque de Floquet permitió a los investigadores observar la amplificación superradiante de modos electromagnéticos, verificando la predicción central de que un medio en rotación puede transferir energía a ondas dispersas.nature+1

Basándose en avances anteriores

El resultado extiende una línea de progreso experimental. En 2020, Marion Cromb y sus colegas de la Universidad de Glasgow verificaron un aspecto clave del proceso de Penrose utilizando ondas sonoras retorcidas y un disco de espuma giratorio, publicando sus hallazgos en Nature Physics. A principios de este año, un equipo separado demostró una inestabilidad de "bomba de agujero negro" electromagnética utilizando un cilindro metálico giratorio emparejado con un resonador, confirmando la amplificación exponencial del efecto Zel'dovich.iflscience+4

El enfoque de Floquet reportado hoy difiere al eliminar por completo la rotación mecánica, basándose en cambio en el movimiento sintético creado a través de parámetros electromagnéticos que varían en el tiempo. Esto abre nuevas vías para estudiar la superradiancia rotacional en sistemas fotónicos compactos.

Implicaciones para la física y la tecnología

El experimento tiende un puente entre la teoría astrofísica y la ingeniería fotónica. Si bien extraer energía de un agujero negro real sigue estando mucho más allá de las capacidades actuales, comprender la superradiancia en entornos controlados podría informar el diseño de nuevos amplificadores y generadores. El trabajo también proporciona una plataforma para investigar preguntas más profundas sobre las interacciones onda-materia en marcos de referencia rotatorios, preguntas que hasta ahora solo podían explorarse a través de las matemáticas y la observación astronómica distante.