Nueva fuente de energía inspirada en los agujeros negros

Una nueva tecnología puede reproducir, aquí en la Tierra, un fenómeno físico de los agujeros negros capaz de generar energía por una vía exótica. Hasta ahora, se consideraba del todo imposible hacer algo así en la Tierra.

Hace más de medio siglo, sir Roger Penrose vislumbró un escenario teórico en el que se podría extraer energía de un agujero negro que gira sobre sí mismo a velocidades extremas. Propuso que una partícula que entrara en su ergosfera (una región del espacio arrastrada por un agujero negro en rotación) podría dividirse en dos. Una parte caería en el agujero negro mientras que la otra escaparía transportando más energía que la partícula original. Partiendo de esta teoría, el físico Yákov Zeldóvich predijo posteriormente que una onda que interactuara con un objeto en rotación lo bastante rápida podría extraer energía de él y amplificarse.

A partir de estas teorías, un equipo integrado, entre otros, por Andrea Alu, Hadiseh Nasari y Hady Moussa, de la Universidad de la Ciudad de Nueva York (CUNY) en Estados Unidos, ha demostrado la viabilidad de un nuevo enfoque técnico sobre la amplificación de ondas mediante la interacción con cuerpos en rotación. Sin embargo, en vez de materia en rotación mecánica, el equipo diseñó un dispositivo de radiofrecuencia con propiedades moduladas en el espacio y el tiempo para imitar la rotación. El dispositivo crea una forma sintética de rotación ultrarrápida que permite alcanzar velocidades de rotación muy superiores a las que se pueden lograr mecánicamente, lo que permite a los investigadores superar las limitaciones que durante mucho tiempo han obstaculizado los estudios experimentales de la dinámica rotacional ultrarrápida.

“Nuestro enfoque facilita un nuevo método de interacción onda-materia en el que ondas con propiedades rotacionales seleccionadas extraen energía de una rotación sintética controlada en el tiempo, produciendo una forma de amplificación selectiva de banda ancha”, explica Alu.

Los investigadores construyeron una red anular de resonadores electrónicos cuyas propiedades se modulaban rápidamente en una secuencia cuidadosamente programada, produciendo un patrón que se desplazaba alrededor del anillo. Aunque el dispositivo en sí no se movía, el patrón que se desplazaba hacía que las ondas electromagnéticas actuasen como si el sistema girara verdaderamente a una velocidad ultrarrápida.

Las ondas con las características rotacionales adecuadas extraían energía del sistema y se amplificaban, reproduciendo la física esencial del proceso de Penrose-Zeldóvich.

Representación artística de la superradiancia de Penrose: las ondas electromagnéticas con patrones de rotación seleccionados se amplifican al interactuar con un sistema que en algunos aspectos se comporta como si girase a velocidades mayores que la de la luz. (Imagen: Dalila Pasotti y Hadiseh Nasari)

La estrategia se ha podido poner en práctica gracias al uso de metamateriales diseñados para controlar la propagación de las ondas.

La capacidad de la rotación sintética para simular movimiento a velocidades mayores que la de la luz abre también nuevos caminos en la física.

El equipo de Alu, Nasari y Moussa expone los detalles técnicos de su experimento y de la maquinaria empleada en él en la revista académica Nature, bajo el título “Observation of Floquet rotational super-radiance”. (Fuente: NCYT de Amazings)