Una teoría sobre los agujeros negros cobra vida en el laboratorio: científicos logran recrear el efecto Penrose-Zel'dóvich sin mover un solo objeto
Un equipo de investigadores ha conseguido reproducir en un laboratorio uno de los fenómenos más extraordinarios predichos para los agujeros negros en rotación. El experimento confirma por primera vez el proceso conocido como Penrose-Zel'dóvich mediante metamateriales y abre nuevas posibilidades para la fotónica, las comunicaciones y la computación cuántica.
Por Enrique Coperías, periodista científico
Imagen artística de dos investigadores analizando un dispositivo de resonadores electrónicos capaz de simular una rotación ultrarrápida sin movimiento mecánico. Este sistema reproduce en el laboratorio la física del proceso Penrose-Zel'dóvich, una teoría propuesta hace más de medio siglo para explicar cómo las ondas pueden extraer energía de un agujero negro en rotación. Crédito: IA-DALL-E-RexMolón Producciones
Durante más de cincuenta años, una de las ideas más fascinantes de la física permaneció confinada al terreno de las ecuaciones. ¿Es posible extraer energía de un agujero negro en rotación?
La propuesta parecía tan extraordinaria como difícil de comprobar. Ahora, un equipo de investigadores estadounidenses ha conseguido trasladar ese fenómeno del cosmos al laboratorio mediante un ingenioso dispositivo que ni gira ni contiene un agujero negro, pero que reproduce con notable fidelidad la física que gobierna algunos de los objetos más extremos del universo.
El trabajo, publicado en la revista Nature, demuestra por primera vez una forma experimental de recrear el denominado proceso o mecanismo de Penrose-Zel'dóvich utilizando materiales diseñados para simular una rotación ultrarrápida. El logro no solo confirma predicciones formuladas hace décadas, sino que abre la puerta a nuevas tecnologías para controlar las ondas electromagnéticas y podría, además, tener aplicaciones futuras en las comunicaciones inalámbricas, la fotónica y la computación cuántica.
Qué es el proceso Penrose-Zel'dóvich
La historia comenzó en 1969, cuando el físico británico Roger Penrose imaginó un curioso mecanismo para extraer energía de un agujero negro en rotación. Su teoría describía cómo una partícula que penetrara en la ergosfera —la región donde el intenso giro del agujero negro arrastra al propio espacio-tiempo— podría dividirse en dos. Una de las partículas caería irremediablemente hacia el interior del agujero negro, mientras que la otra escaparía con más energía de la que poseía originalmente. El exceso energético procedería del propio movimiento de rotación del agujero negro.
Pocos años después, el físico soviético Yakov Zel'dóvich llevó la idea un paso más allá. Propuso que ese mismo principio no tenía por qué limitarse a las partículas: también las ondas podrían extraer energía de un objeto en rotación si este giraba lo suficientemente deprisa. El resultado sería una amplificación espontánea de la onda, un fenómeno conocido como superradiancia rotacional.
El problema siempre fue práctico. Ningún objeto material puede girar a las velocidades extremas necesarias para observar directamente este efecto en el laboratorio. La tecnología simplemente no lo permitía.
Cómo engañar a las ondas electromagnéticas
Los investigadores del Advanced Science Research Center, en la Graduate Center de la Universidad de la Ciudad de Nueva York (CUNY), decidieron entonces cambiar completamente el enfoque. En lugar de intentar hacer girar físicamente un objeto, diseñaron un sistema electrónico capaz de engañar a las ondas electromagnéticas y hacerles creer que estaban interactuando con un cuerpo en rotación vertiginosa.
El dispositivo consiste en una red circular de resonadores electrónicos cuyas propiedades se modifican de manera rapidísima y perfectamente sincronizada. Aunque toda la estructura permanece inmóvil, la secuencia temporal de esas modificaciones genera un patrón que se desplaza alrededor del anillo como si estuviera girando.
Para las ondas electromagnéticas, ese patrón equivale a una rotación real.
En qué consistió el experimento
Esta estrategia pertenece a un campo emergente conocido como modulación espacio-temporal, una técnica que permite crear movimientos efectivos sin necesidad de desplazar físicamente ningún material. En este caso, los investigadores consiguieron simular velocidades de rotación equivalentes incluso a regímenes superlumínicos efectivos, es decir, superiores a la velocidad de la luz como velocidad aparente del patrón generado, sin violar en ningún momento las leyes de la relatividad, ya que no existe ningún objeto material desplazándose realmente a esa velocidad.
En palabras sencillas, el experimento no hace que ningún objeto viaje más rápido que la luz. Lo que se mueve a esa velocidad aparente es el patrón generado electrónicamente dentro del dispositivo, no la materia ni la información. Es un efecto similar al punto luminoso de un láser que barre rápido una superficie: puede parecer que supera la velocidad de la luz, aunque en realidad ningún objeto físico esté desplazándose tan deprisa. De este modo, el experimento respeta completamente las leyes de la relatividad.
Pues bien, cuando las ondas electromagnéticas con determinadas propiedades de momento angular atravesaron el dispositivo, ocurrió exactamente lo que predecía la teoría desarrollada para los agujeros negros: las ondas extrajeron energía del sistema y salieron amplificadas.
Representación artística del proceso de superradiancia de Penrose-Zel'dóvich: ondas electromagnéticas con un patrón de rotación específico extraen energía de una rotación sintética y se amplifican, reproduciendo en el laboratorio un fenómeno que hasta ahora solo existía en la teoría de los agujeros negros. Cortesía: Dalila Pasotti y Hadiseh Nasari.
De la teoría a la práctica
🗣️ «Nuestro enfoque facilita un nuevo método de interacción entre ondas y materia en el que las ondas con determinadas propiedades rotacionales extraen energía de una rotación sintética diseñada temporalmente, produciendo una forma de amplificación selectiva de banda ancha», explica Andrea Alù, investigador principal del estudio, profesor de Física en la Graduate Center del CUNY y director fundador de la Iniciativa de Fotónica del centro.
El ensayo constituye la primera demostración práctica de un régimen de superradiancia rotacional basado exclusivamente en ingeniería espacio-temporal, sin recurrir a componentes mecánicos en movimiento.
«Este exitoso experimento traslada las ideas sobre la dinámica rotacional extrema de la teoría a la práctica, y crea una plataforma experimental versátil para explorar una amplia gama de fenómenos en la intersección entre la astrofísica, la física de ondas y la ciencia cuántica —afirma la autora principal del estudio, Hadiseh Nasari, investigadora posdoctoral de la Iniciativa de Fotónica del CUNY ASRC. Y añade—: El trabajo tiene implicaciones para futuros avances tanto en ciencia fundamental como en comunicaciones, óptica y fotónica».
Qué es un metamaterial
Una de las claves del estudio consiste en que el sistema reproduce únicamente la física esencial del fenómeno, no el agujero negro en sí. Los científicos han logrado construir una especie de análogo experimental donde las mismas ecuaciones que describen la extracción de energía de un agujero negro aparecen en un dispositivo electrónico de sobremesa.
Según el coautor principal Hady Moussa, antiguo doctorando de la misma iniciativa de investigación, «las ondas con las características rotacionales adecuadas extrajeron energía del sistema y fueron amplificadas, reproduciendo la física esencial del proceso Penrose-Zel'dóvich. Y añade que «el enfoque se basa en metamateriales diseñados específicamente para controlar la forma en que las ondas se propagan».
Los metamateriales son estructuras artificiales cuyas propiedades no dependen tanto del material del que están fabricadas como de su arquitectura interna. Gracias a ese diseño pueden manipular la propagación de la luz, las microondas o el sonido de formas imposibles para los materiales convencionales.
Posibles aplicaciones futuras
Además de confirmar una vieja predicción teórica, el nuevo sistema ofrece a los físicos una plataforma experimental completamente controlable para estudiar fenómenos que, hasta ahora, solo podían investigarse mediante cálculos matemáticos o mediante observaciones indirectas de agujeros negros reales.
El trabajo también introduce conceptos avanzados de la denominada física de Floquet, en la que sistemas sometidos a variaciones periódicas en el tiempo desarrollan propiedades completamente nuevas. En este caso, esa modulación temporal genera una rotación efectiva capaz de transferir energía a las ondas electromagnéticas de forma altamente selectiva.
Aunque todavía se trata de investigación básica, las posibles aplicaciones tecnológicas resultan prometedoras. Los autores creen que los mismos principios podrían trasladarse en el futuro a dispositivos fotónicos y plataformas cuánticas capaces de controlar la luz con una precisión inédita, desarrollar nuevos sistemas de procesamiento de información o diseñar tecnologías de comunicaciones mucho más eficientes.
Por ahora, el mayor logro es quizá de carácter conceptual. Una idea nacida hace más de medio siglo para describir el comportamiento de los agujeros negros ha dejado de ser únicamente una elegante predicción matemática. Gracias a la ingeniería espacio-temporal y a los metamateriales, la física de algunos de los rincones más violentos del universo ha encontrado, por primera vez, un escenario donde puede observarse y estudiarse directamente en el laboratorio. ▪️(10-julio-2026)
PREGUNTAS & RESPUESTAS: Agujero Negro y Laboratorio
🕳️ ¿Han creado un agujero negro en un laboratorio?
No. Los investigadores no han generado un agujero negro real. Han construido un dispositivo electrónico que reproduce matemáticamente algunos de los fenómenos físicos asociados a un agujero negro en rotación.
🕳️ ¿Qué demuestra este experimento?
Demuestra por primera vez que una onda electromagnética puede extraer energía de una rotación sintética reproduciendo el proceso Penrose-Zel'dóvich predicho hace más de cincuenta años.
🕳️ ¿Qué es la superradiancia rotacional?
Es el fenómeno mediante el cual una onda aumenta su energía al interactuar con un objeto que gira suficientemente rápido.
🕳️ ¿Qué relación tiene con los agujeros negros?
La teoría nació para explicar cómo puede extraerse energía de la rotación de un agujero negro mediante procesos físicos que ocurren en su ergosfera.
🕳️ ¿Tiene aplicaciones prácticas?
Sí. Aunque el experimento es fundamentalmente básico, la tecnología desarrollada podría utilizarse en fotónica, óptica, comunicaciones inalámbricas y computación cuántica.
ASTROFÍSICA Y COSMOLOGÍA
Información facilitada por el CUNY ASRC
Fuente: Nasari, H., Moussa, H., Kasahara, Y. et al. Observation of Floquet rotational super-radiance. Nature (2026). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-026-10725-y
