Científicos lo confirman: Se puede extraer energía de los agujeros negros
Un grupo de físicos comprobó una teoría de hace 50 años que aseguraba que la energía de rotación de una singularidad cósmica puede aprovecharse bajo ciertos parámetros de control.
Un proceso teórico, realizado hace 50 años, para extraer energía de la rotación de un agujero negro fue verificado a través un experimento por un grupo de científicos.
Usando versiones análogas de los componentes requeridos, investigadores físicos demostraron que el proceso de Penrose es un mecanismo viable para aprovechar la energía de estas poderosas singularidades, si es que en algún momento llegáramos a construir una máquina capaz de hacerlo.
Aunque construir una planta de poder de dichas magnitudes es prácticamente imposible, este trabajo demuestra que ciertas ideas teóricas pueden aplicarse excepcionalmente bien para explorar las propiedades físicas de los objetos más extremos del Universo.
Los agujeros negros son salvajemente poderosos. Estos son la fase final del ciclo de vida de una estrella tan masiva que cuando llega a la etapa de supernova su núcleo no puede soportar su propia gravedad, colapsando en una singularidad; un punto unidimensional de densidad infinita.
Luego, la singularidad se sienta en una región conocida como “horizonte del evento”: el punto en que la gravedad alrededor del agujero negro es tan fuerte que ni la luz puede escapar de su atracción. Al exterior del horizonte, una región extendida de espacio-tiempo se tuerce y arrastra junto a la rotación del agujero negro, fenómeno que se conoce como “arrastre de cuadros”.
“Los agujeros negros son los objetos más exóticos del Universo. Sin embargo, son los más fáciles de describir ya que tienen tres parámetros principales: masa, carga y rotación. Esta última propiedad es la que genera espectaculares chorros de gas que son capaces expulsar material hacia el exterior de una galaxia”, explicó a Futuro 360 Andrés Escala, director del Observatorio Astronómico Nacional U. de Chile.
Es aquí cuando el proceso de Penrose entra en acción. En 1969 el físico matemático Roger Penrose propuso que una región al exterior del horizonte del evento llamada ergosfera, donde el arrastre gravitatorio es más fuerte, puede ser explotado y así extraer energía.
De acuerdo a los cálculos de Penrose, si un objeto se soltara al interior de la ergosfera se partiría en dos: uno de los trozos sería arrastrado hacia el interior del horizonte del evento. El otro, sin embargo, saldría expulsado hacia afuera gracias a un empuje provocado por el agujero negro. Si todo se manejara de forma correcta, el objeto emergería de la ergosfera con un 21% más de energía que con la que entró.
Si bien no podemos viajar hacia un agujero negro para comprobar esta teoría, en 1971 un físico soviético llamado Yakov Zel’dovich propuso un experimento mucho más práctico. Se puede reemplazar al agujero negro con un cilindro de metal rotatorio y disparar rayos de luz a este. Si el cilindro estuviera rotando a la velocidad apropiada, la luz se reflejaría con la energía adicional extraída de la rotación del cilindro, debido a una propiedad del efecto Doppler.
El efecto Doppler se produce cuando una fuente rotatoria emite ondas, las cuales se alargan y acortan dependiendo de la dirección del movimiento. Las ondas emitidas del punto de rotación más cercano del espectador parecerán acortarse, mientras que las más lejanas parecerán alargarse; es a través de estos cálculos que los astrónomos pueden medir la rotación de las estrellas y galaxias.
Sin embargo, había sólo un problema con la propuesta de Zel’dovich. La velocidad del cilindro debía ser al menos de mil millones de rotaciones por segundo; por lo que el método no era tan más práctico que establecer una máquina cerca de un agujero negro.
Es por esto que la teoría nunca fue comprobada, hasta ahora. Un equipo de físicos de la Escuela de Astronomía y Física de la Universidad de Glasgow, Escocia, pudieron realizar comprobar la teoría de Zel’dovich usando ondas de sonido en vez de luz.
El experimento consistió de un anillo de parlantes dispuestos para introducir un doblez en las ondas de sonido, tratando de imitar la luz torcida de la teoría de Zel’dovich. El “agujero negro” estuvo compuesto por un recolector de sonido hecho de un disco de espuma, cuya velocidad de rotación fue aumentando a medida que las ondas lo golpearon. Para comprobar si su fuerza aumentaba, un grupo de micrófonos al otro lado del disco detectó los sonidos una vez que pasaron a través del disco.
El experimento comprobó el proceso de Penrose registrando un cambio en el tono y amplitud de las ondas de sonido que pasaron a través del disco.
“Las ondas de sonido torcidas cambiaron su tono cuando se midieron desde el punto de vista de la superficie rotatoria”, explicó Marion Cromb, físico y astrónomo de la Universidad de Glasgow y principal autor del texto, en un comunicado.
“Si la superficie rota lo suficientemente rápido la frecuencia del sonido pasa por un proceso bastante extraño, pasando de positiva a negativa, y en el proceso toma energía de la superficie rotatoria”, agregó el experto.
Los resultados fueron impresionantes. Mientras la rotación del disco aceleraba, el tono de las ondas de sonido que golpearon los micrófonos bajó hasta que se volvió inaudible. Luego comenzó a subir a su tono original, pero con un 30% más fuerte que el volumen al que fue proyectado a través de los parlantes: las ondas de sonido potenciaron su energía gracias al disco rotatorio.
Es por esto que quizás en un futuro no muy lejano, podamos aplicar viejas teorías físicas para aprovechar al máximo la energía liberada por los procesos atómicos y moleculares del Universo.