Puterea unei găuri negre ipotetice ar putea crea bomba supremă

Găurile negre sunt motoare gravitaționale foarte puternice. Dacă am extrage energia lor, am putea crea bomba supremă. Să sperăm, totuși, că nimeni nu o va face!

Pentru început, am putea să ne conectăm la toată căldura și energia cinetică a discului de acreție și a jeturilor unei găuri negre, dar chiar și dacă am avea doar o gaură neagră în spațiul gol, am putea totuși să extragem energie printr-un truc cunoscut sub numele de procesul Penrose.

• Cum au trecut razele cosmice prin atmosfera Pământului acum 41.000 de ani?
• Ce s-a întâmplat după ce oamenii de știință au declanșat mini-cutremure în laborator

Propus pentru prima dată de Roger Penrose în 1971, acest proces este o modalitate de a extrage energie de rotație dintr-o gaură neagră. Procesul se folosește de un efect cunoscut sub numele de „frame dragging”, în care un corp care se rotește deformează spațiul apropiat astfel încât un obiect care cade spre corp este tras ușor de-a lungul traiectoriei de rotație.

Acest efect a fost observat și în apropierea Pământului, deși este infim. În apropierea unei găuri negre în rotație, efectul poate fi imens. Atât de puternic încât într-o regiune cunoscută sub numele de ergosferă, obiectele pot fi trase în jurul găurii negre cu viteze mai mari decât viteza luminii în spațiul liber, explică Science Alert.

Cum am putea extrage energie dintr-o gaură neagră?

În linii mari, procesul Penrose constă în a intra în ergosfera unei găuri negre care se rotește rapid și apoi a elibera o mică masă sau radiație în gaura neagră. Lovitura de rotație rezultată ne-ar trimite departe de gaura neagră mai rapid decât ne-am apropiat de ea. Energia suplimentară obținută este echilibrată prin încetinirea rotației găurii negre.

Acest proces, în teorie, poate extrage până la 20% din energia de masă a găurii negre, ceea ce este enorm. În comparație, fuzionarea hidrogenului în heliu produce doar aproximativ 1% din energia de masă.

Bineînțeles, fizicienii teoreticieni nu sunt niciodată mulțumiți. Dacă poți extrage 20% din energia de masă a unei găuri negre, de ce nu și mai mult? Asta este obiectul unui studiu recent, deși ar trebui menționat că se concentrează pe o idee mai abstractă de gaură neagră decât cele pe care le vedem în Univers.

Găurile negre simple pot fi caracterizate prin trei lucruri: masă, rotație și sarcină electrică. Găurile negre pe care le observăm le au pe primele două, dar deoarece materia este neutră din punct de vedere electric, nu o au pe a treia. Acest studiu se concentrează pe găurile negre încărcate.

Universul nostru este în expansiune și poate fi descris în mare parte de o soluție a ecuațiilor lui Einstein cunoscută sub numele de spațiu de Sitter. Acesta descrie un Univers gol cu o constantă cosmologică pozitivă. Spațiul anti-de Sitter (AdS) ar fi un Univers cu o constantă cosmologică negativă.

Deși AdS nu descrie Universul nostru, permite câteva trucuri matematice iubite de teoreticieni, așa că este adesea folosit pentru a explora limitele relativității generale. Acest studiu se uită în mod specific la o gaură neagră încărcată în spațiul anti-de Sitter.

Cum ar putea duce acest studiu ipotetic la bomba supremă?

Cu toate că acest studiu este complet ipotetic, este interesant ca un scenariu de „cum-ar-fi-dacă”. În loc să extragă energie din rotația unei găuri negre, autorii examinează cum să extragă energie prin descompunerea particulelor folosind efectul Bañados-Silk-West (BSW).

Prin utilizarea unor oglinzi de izolare electromagnetică sau fizică, particulele pot fi reflectate înainte și înapoi în apropierea orizontului evenimentelor, câștigând energie de la gaura neagră până când se descompun ca energie utilizabilă.

Problema cu această idee, după cum arată autorii, este că poate duce la un efect de domino în care energia particulelor amplifică energia particulelor într-un ciclu de feedback, ducând la ceea ce se numește bomba găurii negre. Așadar, o utilizare imprudentă în acest cadru ipotetic ar putea duce la bomba supremă.

Dar mai interesant este că autorii s-au uitat și la cazul unei găuri negre încărcate într-un univers anti-de Sitter altfel gol. În acest caz, energia ar fi, de asemenea, extrasă din gaura neagră.

În loc de oglinzi, structura spațiu-timpului în sine ar acționa ca o cameră de izolare. Astfel, gaura neagră încărcată ar elibera energie de una singură. Acest lucru ar fi similar cu radiația Hawking, dar în acest caz, nu depinde de gravitația cuantică. Autorii au descoperit că acest caz nu duce la o bombă de gaură neagră.

După cum am menționat mai devreme, nimic din toate acestea nu se aplică găurilor negre reale din Universul nostru. Și după cât știm, procesul Penrose este cel mai bun lucru pe care am putea să-l facem cu adevărat.

Dar studiile de genul acesta sunt utile pentru ceea ce dezvăluie despre natura fundamentală a spațiului și a timpului. Și acum știm că chiar și într-un anti-Univers ciudat pe care ni-l putem doar imagina, găurile negre pot elibera energie în timp.

Vă recomandăm să citiți și:

O echipă de cercetători a făcut o descoperire surprinzătoare despre vârsta Universului

Test de cultură generală. Cum sună spațiul cosmic?

Marte are gheață cât să acopere toată planeta cu apă

De ce aselenizarea este mai dificilă astăzi decât acum 50 de ani?