Ideea de a extrage energie dintr-o gaură neagră părea ceva desprins direct din science fiction. Și totuși, pentru prima dată, fizicienii au reușit să reproducă acest mecanism – numit efectul Zel’dovich – în laborator. Această demonstrație experimentală, care imită furtul de energie al unei găuri negre în rotație, confirmă o predicție veche de cincizeci de ani și ar putea deschide noi căi în fizica fundamentală.

În 1969, Roger Penrose a propus o metodă teoretică de extragere a energiei de rotație dintr-o gaură neagră Kerr: prin lansarea unui obiect în ergosfera sa (regiunea din afara orizontului evenimentelor), divizarea acestuia și apoi recuperarea părții scăpate cu mai multă energie decât avea inițial. Gaura neagră, absorbind fragmentul de energie negativă, a pierdut astfel masă-energie: acesta a fost procesul Penrose.

Câțiva ani mai târziu, fizicianul Yakov Zel’dovich a venit cu un analog mai accesibil: în loc de o gaură neagră, un simplu obiect rotativ, iar în loc de un fragment, o undă electromagnetică sau sonoră. Când o undă care transportă impuls cinetic lovește o suprafață în rotație suficient de repede, aceasta poate ieși amplificată, după ce a „furat” o parte din rotația obiectului. Acest efect de superradianță era cunoscut sub numele de efectul Zel’dovich, dar până acum a rămas teoretic.

Prima verificare practică a efectului Zel’dovich a venit cu undele sonore: „unde” răsucite erau reflectate de un disc care se rotește rapid și s-a observat un câștig de energie în concordanță cu teoria. Rezultatele au fost prezentate într-o postare pe serverul de preprinturi arXiv. Adevărata provocare a fost reproducerea acestui efect cu unde electromagnetice – mai degrabă precum lumina care se învârte în spirală în jurul găurilor negre. Aici a intrat în joc un cilindru de aluminiu pus în rotație mecanică. Prin trimiterea unui fascicul de unde electromagnetice care transportă moment cinetic (așa-numitele unde „răsucite”) pe acest cilindru, cercetătorii au controlat doi parametri cheie:
Viteza de rotație, suficient de mare pentru a provoca o deplasare Doppler rotațională până la punctul în care frecvența percepută devine negativă.
Un circuit rezonant cuplat la cilindru, servind ca o cutie de rezonanță pentru a capta și întări undele amplificate.

Când frecvența undelor, văzută de pe suprafața în rotație, trece peste pragul critic, absorbția devine negativă, adică unda iese cu o energie mai mare decât cea cu care a intrat: rotația cilindrului a fost parțial transferată undei. Aceasta este prima demonstrație experimentală a efectului Zel’dovich pentru undele electromagnetice.

Bazându-se pe acest succes, echipa a început să creeze un analog al „bombei cu gaură neagră” imaginată de William Press și Saul Teukolsky: un dispozitiv în care unda amplificată este trimisă înapoi în cilindru pentru a fi amplificată din nou și așa mai departe, ducând la instabilitate explozivă. Prin combinarea cilindrului rotativ cu un rezonator cu pierderi reduse, undele generate spontan de zgomotul ambiental au suferit o amplificare exponențială. Sistemul a devenit un generator, apoi un adevărat spectacol de artificii al undelor electromagnetice. Această „bombă” nu fură literalmente energie dintr-o gaură neagră, dar ilustrează perfect modul în care rotația poate alimenta un semnal și îl poate amplifica continuu.

Multă vreme, efectul Zel’dovich a fost considerat o curiozitate pur teoretică, aproape anecdotică în peisajul fizicii. Astăzi, datorită acestui experiment de laborator, acest fenomen intră în categoria realităților fizice demonstrate. Aceasta este o descoperire majoră: nu numai că confirmă o predicție veche de o jumătate de secol, dar ne consolidează și înțelegerea supraradianței, un proces fundamental prin care energia poate fi extrasă dintr-un sistem rotativ. Dacă efectul Zel’dovich este într-adevăr activ în Univers, ar putea schimba profund viziunea noastră asupra găurilor negre. Amplificarea undelor gravitaționale sau electromagnetice în apropierea ergosferei lor, sub efectul acestui fenomen, ar putea juca un rol cheie în dinamica energetică a acestor obiecte extreme. Acest lucru ar deschide, de asemenea, noi ferestre de observare pentru astrofizicieni, permițându-le să detecteze indirect proprietăți ale găurilor negre care anterior erau inaccesibile. Dincolo de implicațiile cosmologice, înțelegerea și controlul superradianței ar putea avea repercusiuni foarte concrete. Prin exploatarea acestui mecanism, ar fi posibilă proiectarea de noi surse de unde electromagnetice sau acustice sau chiar dezvoltarea de sisteme capabile să recicleze energia mecanică care altfel s-ar pierde. Aceste progrese ar putea revoluționa domenii precum comunicațiile ultra-sensibile, radarele de înaltă precizie și tehnologiile avansate de detectare.

Cercetătorii rămân precauți: chiar dacă efectul Zel’dovich a fost demonstrat în laborator, traducerea rezultatelor în observații astrofizice concrete este departe de a fi simplă. Găurile negre nu sunt direct accesibile pentru studiu, iar undele pe care le-ar putea amplifica în spațiu sunt acoperite de multe alte surse cosmice, ceea ce face extrem de dificilă detectarea lor.

Această progresie deschide mai multe perspective interesante. În primul rând, încurajează dezvoltarea unor simulări din ce în ce mai fine, capabile să modeleze cu precizie interacțiunea dintre unde și obiecte aflate în rotație extremă, cum ar fi găurile negre. Aceste modele ar putea apoi ghida astrofizicienii în căutarea unor semnale specifice de superradianță în jurul găurilor negre supermasive, în special în inima galaxiilor. În cele din urmă, experiența inspiră și o muncă mai aplicată. Prin explorarea diferitelor materiale și configurații, cercetătorii ar putea optimiza amplificarea undelor pentru a proiecta noi dispozitive. În cele din urmă, acest lucru ar putea duce la inovații în domenii tehnologice de vârf, cum ar fi comunicațiile ultra-sensibile sau sistemele avansate de detectare.