El proceso de Penrose: cómo robar energía a un agujero negro

En 1969, el físico Roger Penrose descubrió cómo robarle energía a un agujero negro. No en sentido figurado: un método concreto, sobre el papel, para salir con más energía de la que se tenía al entrar. Durante cincuenta años quedó en el papel, porque comprobarlo parecía exigir un agujero negro girando dentro de tu laboratorio. Este mes, un equipo por fin lo consiguió — sin agujero negro y, lo más extraño de todo, sin que nada girara físicamente.

Primero, un agujero negro girando

Un agujero negro es una región donde la gravedad es tan intensa que nada, ni siquiera la luz, puede escapar una vez que cruza el límite llamado horizonte de sucesos. Eso lo sabe casi todo el mundo.

El detalle clave aquí es que los agujeros negros giran — a menudo a una velocidad feroz, heredada de la estrella en rotación que colapsó para formarlos. Y una masa que gira hace algo que una quieta no hace: arrastra consigo al espacio y al tiempo.

Esta es una predicción genuina de la relatividad general de Einstein, llamada arrastre del marco de referencia. Imagina una bola pesada girando dentro de una tina de miel. La miel pegada a la bola queda atrapada y gira junto con ella. El espacio-tiempo hace lo mismo cerca de un agujero negro en rotación: es arrastrado a girar, haya o no algo ahí para sentirlo.

¿Qué es la ergosfera?

Lo bastante cerca de un agujero negro que gira, este arrastre se vuelve tan intenso que no puedes quedarte quieto hagas lo que hagas. No existe motor lo suficientemente potente para mantener tu posición, porque el espacio mismo está siendo barrido a mayor velocidad de la que jamás podrías contrarrestar. Estás obligado a girar junto con el agujero negro.

Esa región —afuera del horizonte de sucesos, pero donde quedarse quieto es imposible— es la ergosfera. El nombre viene del griego ergon, "trabajo", porque es la región de la que se puede extraer energía. Y algo crucial: está afuera del punto de no retorno. Puedes adentrarte en la ergosfera y todavía salir. Eso es lo que hace posible todo el truco.

El proceso de Penrose, paso a paso

Esta es la idea de Penrose, despojada de la matemática.

1. Envías un objeto a la ergosfera.
2. Una vez adentro, se divide en dos partes — imagina disparar un proyectil, o partir una nave por la mitad.
3. Organizas la división de modo que una parte sea lanzada hacia el agujero negro, en contra del sentido del giro.
4. La otra parte sale disparada de la ergosfera — y escapa cargando más energía de la que tenía el objeto original al entrar.

Esa energía extra no se crea de la nada, lo que rompería la ley más profunda de la física. Se toma del giro del agujero negro. La parte que cayó adentro lo hizo de una manera que frenó levemente la rotación del agujero negro, y esa energía de giro perdida salió con la parte que escapó. Tú sales una fracción más rico; el agujero negro gira una fracción más lento.

La intuición que más ayuda es la de la asistencia gravitatoria o "efecto honda". Las agencias espaciales suelen hacer pasar sondas cerca de un planeta en movimiento para ganar velocidad — la sonda le roba una cantidad diminuta del movimiento orbital del planeta y sale disparada más rápido, mientras el planeta se frena en una medida absolutamente imperceptible. El proceso de Penrose es ese mismo trato, hecho contra la rotación del espacio-tiempo mismo en vez del movimiento de un planeta.

Y entonces Zel'dovich lo llevó a las ondas

Unos años después, el físico Yakov Zel'dovich se dio cuenta de que el mismo trato debería funcionar con ondas, no solo con objetos. Envía una onda hacia un cuerpo que gira lo bastante rápido y la onda debería rebotar amplificada, habiéndole drenado un poco de energía a la rotación. Incluso predijo que funcionaría con un cilindro común en rotación, del material adecuado — sin agujero negro, en principio.

En principio. La trampa era brutal: para amplificar una onda así, el cilindro tendría que girar tan rápido que se despedazaría mucho antes de alcanzar la velocidad necesaria. La predicción quedó ahí, con aspecto de correcta e imposible de probar, durante medio siglo.

La parte ingeniosa: fingir el giro

Aquí es donde el nuevo experimento se vuelve genuinamente ingenioso.

El equipo, dirigido por Andrea Alù en el Advanced Science Research Center de la CUNY, razonó que en realidad nada tiene que moverse. Lo que le importa a una onda entrante no es que haya átomos girando físicamente, sino que la onda experimente un entorno en rotación. Y ese experiencia se puede fabricar sin hacer girar nada.

Construyeron un anillo estacionario de resonadores electrónicos — pequeños circuitos cuyas propiedades eléctricas se pueden conmutar muy rápido. Después cambiaron esas propiedades en una secuencia cuidadosamente sincronizada alrededor del anillo, de modo que un patrón de cambio recorriera el anillo como esa "ola" que da la vuelta a un estadio cuando la gente se para y se sienta por turnos.

En la ola de un estadio nadie corre alrededor del estadio; solo se mueve el patrón. Del mismo modo, el metal y los circuitos del anillo se quedaron completamente quietos, mientras el patrón de sus propiedades cambiantes barría a una enorme velocidad efectiva. Para una onda electromagnética que entraba al anillo, el sistema se veía exactamente como algo en rotación — "rotación sintética".

Cuando enviaron ondas electromagnéticas a este anillo que finge girar, algunas salieron amplificadas — cargando más energía de la que tenían al entrar, extraída de la "rotación" exactamente como habían predicho Penrose y Zel'dovich. Más de cincuenta años después de la teoría, el efecto por fin se observaba directamente, publicado en Nature en julio de 2026 bajo el nombre Floquet rotational super-radiance (superradiancia rotacional de Floquet).

Agujero negro real vs. versión de laboratorio, lado a lado

Conviene ser preciso sobre qué se hizo y qué no. Nadie creó un agujero negro, y nadie extrajo energía de un espacio-tiempo real en rotación. Lo que el experimento hizo fue reproducir el mecanismo —la amplificación de ondas por un entorno en rotación— en un sistema gobernado por la misma física de ondas subyacente. Así se prueba buena parte de la física cuando el objeto real está fuera de alcance: construyes un sustituto que obedece las mismas ecuaciones y lo estudias.

Malentendidos comunes que conviene evitar

• "Crearon energía de la nada." No — el excedente se drena de la rotación, ya sea el giro de un agujero negro o, en el laboratorio, la energía que impulsa la modulación. La energía se conserva en todo momento.
• "Crearon un agujero negro." No hay agujero negro, ni gravedad, ni peligro. Construyeron un sistema electrónico que imita un comportamiento específico de un agujero negro en rotación.
• "Algo se movió más rápido que la luz." Solo un patrón lo hizo, y los patrones no llevan masa ni información más rápido que la luz. Nada físico rompió el límite de velocidad.
• "Esto significa que podremos alimentar ciudades con agujeros negros." Ni de cerca. El valor es científico —un nuevo tipo de amplificador de ondas y la primera confirmación práctica de una predicción famosa— no una fuente de energía.

Por qué se conecta con el espacio-tiempo curvo

Por debajo de la electrónica, la razón por la que todo esto funciona vuelve a la idea central de la relatividad general de Einstein: la masa y el movimiento moldean el espacio-tiempo, y la masa en rotación arrastra al espacio-tiempo consigo. La ergosfera, y la energía encerrada en el giro de un agujero negro, son consecuencias directas de esa curvatura y ese arrastre.

Lo que el experimento muestra es que este comportamiento no es una rareza exclusiva de la gravedad. Es una propiedad más profunda de cómo las ondas interactúan con cualquier entorno en rotación — tan profunda que puedes reproducirla con circuitos sobre una mesa, sin gravedad a la vista. Una predicción nacida de la geometría de los agujeros negros termina describiendo una ola de estadio hecha de electrónica. Ese alcance inesperado, desde los objetos más extremos del universo hasta un anillo de laboratorio, es exactamente lo que hace que valga la pena entender la relatividad.

La mejor forma de tomarle el pulso al lado gravitatorio de la historia es ver cómo se mueven las masas y cómo responde el espacio-tiempo. Para ver cómo la gravedad coreografía órbitas, asistencias gravitatorias y la danza de varios cuerpos, prueba el simulador de gravedad de N cuerpos, y para ver cómo una masa deforma el espacio y el tiempo a su alrededor —la curvatura que le da a un agujero negro su ergosfera en primer lugar— explora el simulador de curvatura del espacio-tiempo.

El estudio —"Observation of Floquet rotational super-radiance", de Nasari, Moussa, Kasahara, Thielens y Alù— se publicó en Nature en julio de 2026 por el Advanced Science Research Center del CUNY Graduate Center.