Los agujeros negros son los objetos más extremos y menos comprendidos del universo. En su interior la gravedad es tan fuerte que nada, ni siquiera la luz, puede escapar de ellos. Por eso, para desentrañar sus misterios, un equipo de físicos ha replicado uno en el laboratorio. Los detalles de la investigación han sido publicados en Physical Review Research.

El horizonte de eventos es un límite intangible alrededor de cada agujero negro, más allá del cual no hay forma de salir. Sin embargo, Stephen Hawking descubrió que cada agujero negro debe emitir una pequeña cantidad de radiación térmica. Esto debido a las pequeñas fluctuaciones cuánticas alrededor de su horizonte.

Desafortunadamente, nunca hemos podido detectar la radiación de manera directa. Se prevé que la cantidad de radiación de Hawking proveniente de cada agujero negro puede ser tan pequeña que es imposible detectarla (con la tecnología actual).

Modelando agujeros negros

Por eso, los científicos de la Universidad de Amsterdam y el IFW Dresden intentaron observar qué escapa de los agujeros negros, en vez de lo que se traga. «Queríamos utilizar las poderosas herramientas de la física de la materia condensada para probar la física inalcanzable de estos objetos», dice la autora Lotte Mertens.

Los investigadores estudiaron un modelo basado en una cadena unidimensional de átomos, en la que los electrones pueden «saltar» de un sitio atómico al siguiente. La deformación del espacio-tiempo debido a la presencia de un agujero negro se imita ajustando la facilidad con la que los electrones saltan entre cada sitio.

Gracias a la variación correcta de la probabilidad de salto a lo largo de la cadena, un electrón se comportará exactamente como materia que se acerca al horizonte de un agujero negro. Y, de manera análoga a la radiación de Hawking, el sistema modelo tiene excitaciones térmicas medibles en presencia de un horizonte sintético.

Aprender por analogía

A pesar de la falta de gravedad en el modelo, la consideración de este horizonte sintético brinda información sobre la física de los agujeros negros. Por ejemplo, el hecho de que la radiación de Hawking simulada sea térmica, sugiere que la real también puede ser puramente térmica en ciertas situaciones.

Además, la radiación de Hawking solo ocurre cuando el sistema modelo comienza sin ninguna variación espacial de probabilidades de salto. Esto imita el espacio-tiempo plano sin ningún horizonte, antes de convertirse en uno que alberga un agujero negro sintético.

La aparición de la radiación de Hawking, por lo tanto, requiere un cambio en la deformación del espacio-tiempo. Aunque también podría darse un cambio en la forma en que el observador percibe esta deformación.

Finalmente, la radiación de Hawking requiere que alguna parte de la cadena exista más allá del horizonte sintético. Esto significa que la existencia de radiación térmica está íntimamente relacionada con la propiedad de la mecánica cuántica de entrelazamiento entre objetos a ambos lados del horizonte.

Más experimentos

Debido a que el modelo es tan simple, puede ser implementado en una variedad de configuraciones experimentales. Incluyendo sistemas electrónicos sintonizables, cadenas de espín, átomos ultrafríos o experimentos ópticos.

Llevar los agujeros negros al laboratorio nos acerca más a la comprensión de la interacción entre la gravedad y la mecánica cuántica. Si logramos hacer eso quizá finalmente logremos tener una teoría de la gravedad cuántica.