Agujero negro electromagnético

Evgenii Narimanov y Alexander Kildishev, dos científicos de la Purdue University en West Lafayette (Indiana), sentaron las bases para construir por primera vez un agujero negro electromagnético capaz de absorber la luz que lo rodea. El dispositivo, que funciona en el rango de frecuencias correspondiente a las microondas, fue modificado para que capture la luz visible. Cuando esto ocurra, podría convertirse en una forma completamente nueva de atrapar la energía solar y convertirla en electricidad.

Cuando leemos “agujero negro”, imaginamos esas bestias devoradoras de materia que habitan en los centros galácticos y atrapan cualquier partícula de luz que se les aproxime gracias a enormes fuerzas gravitatorias. Pero en esta oportunidad, la definición de agujero negro electromagnético se refiere a un dispositivo mucho más modesto, que basa su funcionamiento en algunas propiedades de las ondas electromagnéticas. Al igual que sus colegas basados en la gravedad, estos agujeros atrapan la luz que incide en ellos, pero el principio implicado es completamente diferente.

Evgenii Narimanov y Alexander Kildishev son dos científicos que pertenecen a la Universidad de Pardue de West Lafayette, en Indiana. A principios de este año habían propuesto el diseño de un agujero negro teórico que fuese capaz de absorber la luz. El resultado de sus investigaciones fue publicado en medios especializados, y otros físicos se pusieron a trabajar en la idea propuesta. Básicamente, lo que proponían Narimanov y Kildishev era imitar las propiedades –aunque no los métodos– que posee un agujero negro cósmico. En su trabajo afirmaban que debería ser posible construir un dispositivo que hiciese que la luz se curve hacia su centro, y dedujeron que esto podría lograrse a partir de una estructura cilíndrica consistente en un núcleo central rodeado de una “corteza exterior” formada por anillos concéntricos.

El secreto para conseguir que la luz se “curve” hacia dentro del dispositivo está en lograr que la permitividad -una constante física que describe cómo un campo eléctrico afecta y es afectado por un medio- del caparazón se incremente gradualmente desde la superficie exterior hacia la interior. Sin entrar en detalles físicos, esto es de alguna manera análogo a la curvatura del espacio-tiempo que se provoca un agujero negro cósmico, pero que actúa sobre las ondas electromagnéticas. Para funcionar, en el punto que el caparazón se une con el núcleo, la permitividad del anillo debe tener el valor adecuado para que la luz sea absorbida en lugar de ser reflejada.

En estos días, meses después de la publicación del trabajo original, Tie Jun Cui y Qiang Cheng de la Universidad del Sureste en Nanjing, China, han construido un aparato que funciona de acuerdo al principio expuesto por Narimanov y  Kildishev. Cui y Cheng han construido un agujero negro capaz de atrapar la radiación electromagnética en la frecuencia correspondiente a las microondas. El dispositivo posee unas 60 bandas concéntricas, hechas con metamateriales similares a los utilizados antes para construir las capas de invisibilidad. Cada una de estas bandas tiene un aspecto similar a una placa de circuito impreso, con intrincadas estructuras grabadas en su superficie. La disposición de estas estructuras es lo que modifica el grado de permitividad de cada capa. Cui y Cheng han configurado las 40 bandas exteriores para formar el caparazón y las 20 interiores para que actúen como “absorbedor”.

Cuando una onda electromagnética desprevenida choca con el dispositivo, es “atrapada” y guiada hacia el interior del aparato, a la región que los científicos chinos denominan -mitad en broma y mitad en serio-  “el núcleo del agujero negro”.  Cuando esto ocurre, explica Cui. “la onda no puede salir del agujero negro electromagnético, y es convertida en calor”. Narimanov está genuinamente sorprendido por la velocidad con que su diseño fue puesto en práctica por Cui y Cheng. “Estoy sorprendido de que lo hayan logrado en tan poco tiempo”, asegura.

Aunque en teoría es posible, muchos creen que fabricar un dispositivo similar pero que capture las longitudes de onda pertenecientes a la región visible del espectro electromagnético no será fácil. Esto se debe a que las ondas de luz visible son varios órdenes de magnitud menores que la radiación de microondas, obligando a que las estructuras grabadas en los anillos de metamateriales deban ser mucho más pequeñas. A pesar de todo, Cui confía en que podrán hacerlo. “Espero que nuestra demostración de que un agujero negro óptico es posible este disponible a finales del 2009”, afirma.

Cuando lo logre, el dispositivo óptico podría utilizarse como un mecanismo capaz de recoger energía solar en aquellos lugares en que es demasiado difusa como para poder ser aprovechada por las celdas solares convencionales. Un agujero negro óptico podría absorber toda la radiación incidente y redirigirla hacia una célula solar ubicada en su núcleo. “Si esto funciona, ya no serán necesarios los grandes espejos parabólicos para recoger luz”, se entusiasma Narimanov. Sin dudas, será un gran avance en el campo de las energías limpias y respetuosas del medio ambiente.