Un agujero negro sónico , a veces llamado agujero mudo o agujero negro acústico , es un fenómeno en el que los fonones (perturbaciones sonoras) no pueden escapar de una región de un fluido que fluye más rápido que la velocidad local del sonido . Se llaman agujeros negros sónicos o acústicos porque estos fonones atrapados son análogos a la luz en los agujeros negros astrofísicos (gravitacionales) . Los físicos están interesados en ellos porque tienen muchas propiedades similares a los agujeros negros astrofísicos y, en particular, emiten una versión fonónica de la radiación de Hawking . [1] [2] Esta radiación de Hawking puede crearse espontáneamente por fluctuaciones del vacío cuántico, en estrecha analogía con la radiación de Hawking de un agujero negro real. Por otro lado, la radiación de Hawking puede estimularse en un proceso clásico. El límite de un agujero negro sónico, en el que la velocidad del flujo cambia de ser mayor que la velocidad del sonido a menor que la velocidad del sonido, se llama horizonte de eventos .
En 1981, WG Unruh fue el primero en teorizar sobre la utilidad de los agujeros negros acústicos. [3] Sin embargo, el primer análogo de agujero negro no se creó en un laboratorio hasta 2009. Se creó en un condensado de rubidio de Bose-Einstein utilizando una técnica llamada inversión de densidad. Esta técnica crea un flujo al repeler el condensado con un potencial mínimo. Se midieron la gravedad y la temperatura de la superficie del agujero negro sónico, pero no se intentó detectar la radiación de Hawking. Sin embargo, los científicos que lo crearon predijeron que el experimento era adecuado para la detección y sugirieron un método por el cual se podría hacer mediante el láser de los fonones. [4] En 2014, los mismos investigadores informaron sobre la radiación de Hawking estimulada en un láser de agujero negro análogo. [2] Más tarde se observó la radiación de Hawking espontánea y cuántica. [5] [6] [7]
En 2010 se utilizó un agujero negro sónico giratorio para realizar la primera prueba de laboratorio de superradiancia , un proceso mediante el cual se extrae energía de un agujero negro. [8]
Los agujeros negros sónicos son posibles porque los fonones en fluidos perfectos exhiben las mismas propiedades de movimiento que los campos, como la gravedad, en el espacio y el tiempo. [1] Por esta razón, un sistema en el que se puede crear un agujero negro sónico se llama análogo de gravedad . Casi cualquier fluido se puede utilizar para crear un horizonte de eventos acústico, pero la viscosidad de la mayoría de los fluidos crea un movimiento aleatorio [ cita requerida ] que hace que características como la radiación de Hawking sean casi imposibles de detectar. La complejidad de un sistema de este tipo haría muy difícil obtener algún conocimiento sobre tales características incluso si pudieran detectarse. [9] Se han sugerido muchos fluidos casi perfectos para su uso en la creación de agujeros negros sónicos, como el helio superfluido , los gases de Fermi degenerados unidimensionales y el condensado de Bose-Einstein . También se han propuesto análogos de gravedad distintos de los fonones en un fluido, como la luz lenta y un sistema de iones, para estudiar los análogos de los agujeros negros. [10] El hecho de que tantos sistemas imiten la gravedad se utiliza a veces como evidencia de la teoría de la gravedad emergente , que podría ayudar a reconciliar la relatividad y la mecánica cuántica. [11]
Además de los agujeros negros acústicos o sónicos mencionados anteriormente, que pueden considerarse análogos de los agujeros negros astrofísicos, también existen objetos físicos que llevan los mismos nombres en la ingeniería acústica y de vibraciones, donde se utilizan para la absorción del sonido y para amortiguar las vibraciones estructurales. [12] El efecto de agujero negro acústico en tales objetos se puede lograr creando una reducción gradual de la velocidad del sonido en una guía de ondas o la velocidad de onda elástica en una estructura sólida (por ejemplo, la velocidad de onda de flexión en placas delgadas) con la distancia de propagación. La reducción de velocidad requerida debe seguir una función de ley de potencia de la distancia de propagación, y la velocidad al final de la trayectoria de propagación de la onda debe reducirse a casi cero. Además, se deben tomar medidas para insertar una pequeña cantidad de materiales absorbentes de sonido o vibraciones tradicionales en el área de velocidad de propagación muy baja. En estas condiciones, los agujeros negros acústicos o sónicos descritos proporcionan casi el 100% de absorción de las ondas acústicas incidentes transmitidas por el aire o la estructura.
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