Czy moglibyśmy pozyskiwać energię z czarnych dziur?

Niezwykłym przewidywaniem ogólnej teorii względności Einsteina – teorii, która łączy przestrzeń, czas i grawitację – jest to, że obracające się czarne dziury mają ogromne ilości energii dostępnej do wykorzystania.

Przez ostatnie 50 lat naukowcy próbowali wymyślić metody uwolnienia tej mocy. Fizyk Roger Penrose wysunął teorię, że rozpad cząstki może wyciągać energię z czarnej dziury. Stephen Hawking zaproponował, że czarne dziury mogą uwalniać energię poprzez kwantowo-mechaniczną emisję, podczas gdy Roger Blandford i Roman Znajek sugerowali moment elektromagnetyczny jako główny czynnik pozyskiwania energii.

W badaniu opublikowanym w czasopiśmie Physical Review D, fizycy Luca Comisso z Columbia University i Felipe Asenjo z Universidad Adolfo Ibanez w Chile odkryli nowy sposób na wydobycie energii z czarnych dziur poprzez łamanie i ponowne łączenie linii pola magnetycznego w pobliżu horyzontu zdarzeń, punktu, z którego nic, nawet światło, nie może uciec przed grawitacyjnym przyciąganiem czarnej dziury.

“Czarne dziury są zwykle otoczone gorącą ‘zupą’ cząstek plazmy, które przenoszą pole magnetyczne” – powiedział Luca Comisso, naukowiec z Uniwersytetu Columbia i pierwszy autor badań.

“Nasza teoria pokazuje, że kiedy linie pola magnetycznego rozłączają się i ponownie łączą we właściwy sposób, mogą przyspieszać cząstki plazmy do negatywnych energii, z czego można wydobyć duże ilości energii”.

To odkrycie może pozwolić astronomom na lepsze oszacowanie wirowania czarnych dziur, a nawet może zapewnić źródło energii na potrzeby zaawansowanej cywilizacji, powiedział Comisso.

Comisso i Asenjo oparli swoją teorię na założeniu, że ponowne połączenie pól magnetycznych przyspiesza cząsteczki plazmy w dwóch różnych kierunkach. Jeden strumień plazmy jest popychany przeciwnie do ruchu wirowego czarnej dziury, podczas gdy drugi jest napędzany w kierunku spinu i może uciec ze szponów czarnej dziury, co powinno spowodować uwolnienie ogromnej mocy, jeśli plazma pochłonięta przez czarną dziurę ma negatywną energię.

“To tak, jakby człowiek mógł schudnąć, jedząc cukierki z negatywnymi kaloriami” – powiedział Comisso, który wyjaśnił, że zasadniczo czarna dziura traci energię, pochłaniając cząsteczki o negatywnej energii. “To może brzmieć dziwnie” – dodał – “ale może się to zdarzyć w regionie zwanym ergosferą, gdzie kontinuum czasoprzestrzenne obraca się tak szybko, że każdy obiekt obraca się w tym samym kierunku co czarna dziura”.

Wewnątrz ergosfery ponowne połączenie magnetyczne jest tak ekstremalne, że cząsteczki plazmy są przyspieszane do prędkości zbliżonych do prędkości światła.

Asenjo, profesor fizyki na Universidad Adolfo Ibáñez i współautor badania, wyjaśnił, że duża prędkość względna między przechwyconymi i uciekającymi strumieniami plazmy umożliwia proponowany proces wydobywania ogromnych ilości energii z czarnej dziury.

“Obliczyliśmy, że proces energizacji plazmy może osiągnąć wydajność 150 procent, znacznie wyższą niż jakakolwiek elektrownia działająca na Ziemi” – powiedział Asenjo. “Osiągnięcie wydajności większej niż 100 procent jest możliwe, ponieważ czarne dziury tracą energie, która jest oddawana za darmo plazmie uciekającej z czarnej dziury”.

Proces wydobywania energii przewidziany przez Comisso i Asenjo może już działać w dużej liczbie czarnych dziur, może być przyczyną rozbłysków czarnych dziur – potężnych wybuchów promieniowania, które można wykryć z Ziemi.

“Nasza zwiększona wiedza na temat tego, jak zachodzi proces ponownego połączenia magnetycznego w pobliżu czarnej dziury, może mieć kluczowe znaczenie dla kierowania naszą interpretacją obecnych i przyszłych obserwacji czarnych dziur” – powiedział Asenjo.

Choć może to brzmieć jak science fiction, wydobywanie energii z czarnych dziur może być odpowiedzią na nasze przyszłe potrzeby energetyczne.

“Za tysiące lub miliony lat ludzkość może być w stanie przetrwać wokół czarnej dziury bez wykorzystywania energii z gwiazd” – powiedział Comisso. “Zasadniczo jest to problem technologiczny. Jeśli spojrzymy na fizykę, nic nie stoi na przeszkodzie”.

“Z niecierpliwością czekamy na potencjalne przełożenie pozornie ezoterycznych badań astrofizyki czarnych dziur na sferę praktyczną” – powiedział Vyacheslav (Slava) Lukin, dyrektor programowy w National Science Foundation.

“Pomysły i koncepcje omówione w tej pracy są naprawdę fascynujące” – dodał.

 

Źródła: Columbia University / ScienceDaily

Magnetic reconnection as a mechanism for energy extraction from rotating black holes

Zdjęcia: Pixabay

Subscribe
Powiadom o
guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x