Los agujeros negros son los objetos más extraños y extremos del universo, según describe la investigación. Son tan densos que, una vez que algo se acerca lo suficiente, no hay forma de escapar de su atracción gravitacional. Ni siquiera la luz puede escapar más allá del horizonte de eventos, la distancia desde el centro del agujero negro que marca el punto sin retorno.

Sin embargo, desde la década de 1970, los físicos han predicho que los agujeros negros podrían perder energía lentamente en forma de radiación térmica. Esta predicción, conocida como radiación de Hawking, fue propuesta por primera vez por el físico Stephen Hawking en 1974 como radiación de cuerpo negro que surgiría de efectos cuánticos cerca del horizonte de eventos de un agujero negro.

Aunque la radiación de Hawking es una predicción robusta y ampliamente aceptada de la teoría cuántica de campos en el espacio-tiempo curvado, exactamente cómo se transfiere la energía desde el agujero negro hacia la radiación ha permanecido como una pregunta abierta, según explica el estudio.

El problema fundamental es el mismo que siempre existe con los agujeros negros: la observación directa de la radiación de Hawking es actualmente imposible. De hecho, se espera que la señal sea tan débil que podría nunca desenredarse de la radiación de fondo que permea el universo, según los investigadores.

Para superar esta limitación, los físicos construyen sistemas de laboratorio que obedecen la misma física subyacente. Algunos son sorprendentemente simples, como agua girando por un desagüe para imitar el flujo del espacio-tiempo alrededor de un agujero negro. Otros usan condensados de Bose-Einstein ultraenfriados o cadenas de átomos para recrear la física de un horizonte de eventos.

El análogo utilizado para este estudio fue uno desarrollado hace más de una década por el coautor del estudio Ulf Leonhardt del Instituto Weizmann de Ciencias en Israel. Utiliza pulsos láser ultrarrápidos que viajan a través de una fibra óptica con un patrón especial. Un pulso cambia las propiedades ópticas de la fibra lo justo para crear el análogo de un horizonte de eventos para el segundo pulso.

Experimentos previos usando esta configuración recrearon la radiación de Hawking en sí misma. Esta vez, los investigadores buscaban algo más sutil: la pequeña retroacción que revela cómo se transfiere la energía desde el análogo del agujero negro hacia la radiación que emite.

Para entender la retroacción, los investigadores ofrecen una analogía. Si dos personas están en patines y una empuja a la otra, la persona empujada rodará hacia adelante, pero quien empuja también rodará hacia atrás. Cada acción tiene una reacción, según la tercera ley del movimiento de Newton. La retroacción es la versión del análogo del agujero negro de ese retroceso. A medida que la radiación de Hawking transporta energía, el sistema que la creó debe ceder una cantidad equivalente de energía.

Cuando enviaron los pulsos láser a través de la fibra óptica, los investigadores no estaban mirando a la persona que rueda hacia adelante. Estaban buscando el efecto del empujón en quien empuja: un pequeño cambio en el pulso láser que había generado la radiación de Hawking análoga.

Lo encontraron, y aquí es donde surgió la sorpresa. Previamente, los físicos pensaban que la radiación de Hawking vista en análogos de agujeros negros emergía a través de una cascada compleja de interacciones ópticas. En cambio, los nuevos resultados apuntan a un proceso único y directo que explica naturalmente tanto la radiación como la retroacción.

"Nuestro experimento y la teoría subyacente muestran que la radiación de Hawking es el resultado de un proceso directo, si la interacción entre la radiación y el equivalente del campo gravitacional es bicuadrática", escriben los investigadores en su artículo.

"Tal vez los agujeros negros astrofísicos irradian mediante un proceso tan simple y directo como el nuestro. La retroacción resultante describiría en detalle microscópico cómo se evaporan los agujeros negros", añaden.

"Esto simplifica la comprensión teórica y abre nuevas formas de calcular efectos en tales sistemas", dijo Procopio según el estudio. "Incluso podría arrojar luz sobre cómo surge la radiación de Hawking en el contexto de la gravedad".

Observar el mismo proceso alrededor de un agujero negro real probablemente seguirá siendo imposible en el futuro previsible, según reconocen los investigadores. Pero si el mecanismo aparece en otros tipos de análogos de agujeros negros, fortalecería el caso de que los investigadores han identificado algo fundamental sobre la radiación de Hawking en sí misma.

Si es así, podría ayudar a resolver algunos de los problemas más espinosos en la física teórica de los agujeros negros, concluye el estudio publicado en Nature.