Científicos israelíes han creado el análogo sónico de un agujero negro. Los agujeros negros astrofísicos son objetos tan masivos que su intenso campo gravitatorio impide incluso 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 objeto creado en el laboratorio les permita comprender fenómenos que tienen lugar en los agujeros negros clasicos, como por ejemplo la radiación de Hawking.
El principal problema de la astrofísica es que es imposible crear en la Tierra un laboratorio que permita a los astrofísicos realizar experimentos controlados que reproduzcan las características extremas de la mayoría de objetos astrofísicos, con el objetivo de que les ayuden a ajustar sus modelos o desechar teorías. Por ello, la astrofísica es una ciencia fundamentalmente observacional e incluso especulativa. De modo que poder disponer en el laboratorio de un objeto de propiedades análogas a lo que se quiere estudiar es algo muy valioso. 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“, según publican en Physical Review Letters.
Del mismo modo que un agujero negro gravitacional impide que las ondas luminosas (aparte de la materia) 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 de manera directa (aunque hace poco se anunció la posible creación de radiación análoga a la radiación de Hawking en laboratorio, como presentamos aquí).
El agujero negro sónico 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, pero con algunas propiedades típicas de la mecánica cuántica. Para crear este objeto, 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 una 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.
En los experimentos se demostró que el análogo, en este agujero negro sónico, al horizonte de sucesos de un agujero negro (y que es el límite entre el régimen subsónico y el supersónico), era estable durante aproximadamente 20 ms. 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 ?m. Las que poseen una longitud de onda más corta puede escapar, y aquellas con longitudes de onda mayores no caben en la región supersónica del agujero.
Esperemos que con este y otros experimentos, la astrofísica comience a poseer herramientas de laboratorio con las que estudiar la amplia fauna de objetos exóticos astrofísicos.
Ver:
- Realization of a Sonic Black Hole Analog in a Bose-Einstein Condensate, Oren Lahav, Amir Itah, Alex Blumkin, Carmit Gordon, Shahar Rinott, Alona Zayats, and Jeff Steinhauer, Phys. Rev. Lett. 105, 240401 (2010) – Published December 7, 2010
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