Kunne vi udnytte energi fra sorte huller?

En bemærkelsesværdig forudsigelse af Einsteins generelle relativitetsteori - teorien, der forbinder rummet, tid, og tyngdekraften - er, at roterende sorte huller har enorme mængder energi til rådighed til at blive tappet.

I de sidste 50 år, videnskabsmænd har forsøgt at finde på metoder til at frigøre denne kraft. Nobelfysiker Roger Penrose teoretiserede, at en partikelopløsning kunne trække energi fra et sort hul; Stephen Hawking foreslog, at sorte huller kunne frigive energi gennem kvantemekanisk emission; mens Roger Blandford og Roman Znajek foreslog elektromagnetisk drejningsmoment som en hovedagent for energiudvinding.

Nu, i en undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Fysisk gennemgang D , fysikerne Luca Comiso fra Columbia University og Felipe Asenjo fra Universidad Adolfo Ibanez i Chile, fundet en ny måde at udvinde energi fra sorte huller ved at bryde og genforene magnetiske feltlinjer nær begivenhedshorisonten, det punkt, hvorfra intet, ikke engang lys, kan undslippe det sorte huls tyngdekraft.

"Sorte huller er almindeligvis omgivet af en varm 'suppe' af plasmapartikler, der bærer et magnetfelt, " sagde Luca Comiso, forsker ved Columbia University og førsteforfatter på undersøgelsen.

"Vores teori viser, at når magnetfeltlinjer afbrydes og forbindes igen, på den helt rigtige måde, de kan accelerere plasmapartikler til negative energier, og store mængder sort hul-energi kan udvindes."

Denne opdagelse kunne give astronomer mulighed for bedre at estimere sorte hullers spin, drev sorte huls energiemissioner, og måske endda give en energikilde til behovene i en avanceret civilisation, sagde Comiso.

Comiso og Asenjo byggede deres teori på den forudsætning, at genforbindelse af magnetiske felter accelererer plasmapartikler i to forskellige retninger. Én plasmastrøm skubbes mod det sorte huls spin, mens den anden drives i spinnets retning og kan undslippe kløerne i det sorte hul, som frigiver strøm, hvis plasmaet, der sluges af det sorte hul, har negativ energi.

"Det er ligesom en person kunne tabe sig ved at spise slik med negative kalorier, " sagde Comiso, der forklarede, at i det væsentlige et sort hul mister energi ved at spise negativ energi partikler. "Det lyder måske mærkeligt, " han sagde, "men det kan ske i en region kaldet ergosfæren, hvor rumtidskontinuummet roterer så hurtigt, at hvert objekt spinder i samme retning som det sorte hul."

Inde i ergosfæren, magnetisk genforbindelse er så ekstrem, at plasmapartiklerne accelereres til hastigheder, der nærmer sig lysets hastighed.

Asenjo, professor i fysik ved Universidad Adolfo Ibáñez og medforfatter til undersøgelsen, forklaret, at den høje relative hastighed mellem opfangede og undslippende plasmastrømme er det, der tillader den foreslåede proces at udvinde enorme mængder energi fra det sorte hul.

"Vi har beregnet, at processen med plasmaenergi kan nå en effektivitet på 150 procent, meget højere end noget kraftværk, der opererer på Jorden, Asenjo sagde. "Det er muligt at opnå en effektivitet på mere end 100 procent, fordi sorte huller lækker energi, som gives væk gratis til plasmaet, der undslipper fra det sorte hul."

Processen med energiudvinding, som Comiso og Asenjo forestiller sig, fungerer muligvis allerede i et stort antal sorte huller. Det kan være det, der driver sorte hul-blus – kraftige udbrud af stråling, der kan detekteres fra Jorden.

"Vores øgede viden om, hvordan magnetisk genforbindelse opstår i nærheden af ​​det sorte hul, kan være afgørende for vores fortolkning af nuværende og fremtidige teleskopobservationer af sorte huller, såsom dem fra Event Horizon Telescope, " sagde Asenjo.

Selvom det kan lyde som science fiction, minedrift fra sorte huller kunne være svaret på vores fremtidige strømbehov.

"Tusinder eller millioner af år fra nu, menneskeheden kan måske overleve omkring et sort hul uden at udnytte energi fra stjerner, " sagde Comiso. "Det er grundlæggende et teknologisk problem. Hvis vi ser på fysikken, der er intet, der forhindrer det."

Studiet, Magnetisk genforbindelse som en mekanisme til energiudvinding fra roterende sorte huller, blev finansieret af National Science Foundations Windows on the Universe-initiativ, NASA, og Chiles nationale fond for videnskabelig og teknologisk udvikling.

Vyacheslav (Slava) Lukin, programdirektør hos NSF, sagde, at fonden sigter mod at katalysere nye teoretiske indsatser baseret på grænseobservationer ved faciliteter som EHT, at samle teoretisk fysik og observationsastronomi under ét tag.

"Vi ser frem til den potentielle oversættelse af tilsyneladende esoteriske studier af sorte huls astrofysik til den praktiske verden, " sagde Lukin.

"Idéerne og koncepterne, der diskuteres i dette arbejde, er virkelig fascinerende, " sagde Vyacheslav (Slava) Lukin, en programdirektør ved National Science Foundation. Han sagde, at NSF sigter mod at katalysere nye teoretiske indsatser baseret på grænseobservationer, at samle teoretisk fysik og observationsastronomi under ét tag.

"Vi ser frem til den potentielle oversættelse af tilsyneladende esoteriske studier af sorte huls astrofysik til den praktiske verden, " han tilføjede.