Hace cincuenta años, un físico matemático inglés y premio Nobel Roger Penrose propuso que la energía podría extraerse del espacio alrededor de un agujero negro en rotación. Conocida como ergosfera, esta región se encuentra justo fuera de un horizonte de eventos, el límite dentro del cual nada puede escapar de la atracción gravitacional de un agujero negro (incluso la luz). También es aquí donde la materia que cae se acelera a velocidades increíbles y emite todo tipo de energía.
Esto se conoció como el Proceso de Penrose , que muchos teóricos han ampliado desde entonces. El último proviene de un estudio realizado por investigadores de la Universidad de Columbia y la Universidad Adolfo Ibáñez en Chile. Con el apoyo de organizaciones como la NASA, demostraron cómo una mejor comprensión de la física en el trabajo alrededor de los agujeros negros giratorios podría permitirnos aprovechar su energía algún día.
El estudio, titulado ' La reconexión magnética como mecanismo para la extracción de energía de los agujeros negros giratorios ”, Estuvo a cargo de Luca Comisso y Felipe A. Asenjo. En él, proponen un nuevo método mediante el cual la energía podría aprovecharse de un agujero negro rompiendo y reuniendo líneas de campo magnético cerca de su horizonte de eventos, el límite dentro del cual nada puede escapar de la atracción gravitacional de un agujero negro (incluso la luz).
La impresión del artista muestra un agujero negro supermasivo que gira rápidamente y está rodeado por un disco de acreción. Crédito: ESO, ESA / Hubble, M. Kornmesser / N. Bartmann
Como lo explicó Comisso, un científico investigador de la Universidad de Columbia y el primer autor del estudio en un Columbia News presione soltar :
“Los agujeros negros suelen estar rodeados por una 'sopa' caliente de partículas de plasma que transportan un campo magnético. Nuestra teoría muestra que cuando las líneas del campo magnético se desconectan y se vuelven a conectar, de la manera correcta, pueden acelerar las partículas de plasma a energías negativas y se pueden extraer grandes cantidades de energía de los agujeros negros ”.
Mientras que Penrose teorizó en 1971 que este proceso de desintegración de partículas podría extraer energía de un agujero negro, Stephen Hawking propondría en 1974 que los agujeros negros podrían liberar energía a través de la emisión mecánica cuántica (conocida como radiación de Hawking). Esto fue seguido por Roger Blandford y Roman Znajek sugiriendo en 1977 que el par electromagnético era el principal agente de extracción de energía.
Por el bien de su estudio, Comisso y Senjo consideraron una parte clave del Proceso de Penrose, que es cómo las líneas del campo magnético se rompen y se vuelven a conectar cerca del horizonte de eventos. Esto hace que la materia que cae se convierta en dos flujos de partículas cargadas (también conocido como plasma), uno de los cuales será empujado contra el giro del agujero negro y recogerá energía de masa negativa, lo que hará que caiga más allá del horizonte de eventos hacia el agujero negro. .
Visualización de una ergosfera que rodea el horizonte de sucesos de un agujero negro. Crédito: Visser. M. (2008)
Mientras tanto, el otro flujo de plasma será impulsado en la misma dirección que el giro del agujero negro, lo que le permitirá recoger masa-energía adicional y escapar a la ergosfera. Dentro de la ergosfera, la reconexión de las líneas del campo magnético es tan extrema que las partículas de plasma se aceleran a velocidades cercanas a la velocidad de la luz (también conocidas como velocidades relativistas).
Lo que esto significa, esencialmente, es que un agujero negro perderá energía al comer partículas de energía de masa negativa. Además, la alta velocidad relativa entre las corrientes de plasma capturadas y las que escapan es lo que permite el proceso en el que se pueden extraer cantidades masivas de energía de un agujero negro. Asenjo, profesor de física de la Universidad Adolfo Ibáñez y coautor del estudio. explicado :
“Calculamos que el proceso de energización del plasma puede alcanzar una eficiencia del 150 por ciento, mucho más alta que cualquier planta de energía que opere en la Tierra. Lograr una eficiencia superior al 100 por ciento es posible porque los agujeros negros pierden energía, que se entrega de forma gratuita al plasma que escapa del agujero negro '.
Si bien puede parecer ciencia ficción, es muy posible que las generaciones futuras busquen agujeros negros para satisfacer sus necesidades energéticas. Es más, argumentan Comisso y Asenjo, el proceso de extracción de energía ya podría estar ocurriendo con una serie de agujeros negros en el Universo observable. Esta puede ser la razón de las llamaradas de agujeros negros, que son poderosas explosiones de radiación que se pueden detectar desde la Tierra.
La primera imagen de un horizonte de eventos que rodea un agujero negro supermasivo (SMBH), capturada por el Event Horizon Telescope (EHT). Crédito: Colaboración EHT
'Dentro de miles o millones de años, la humanidad podría sobrevivir alrededor de un agujero negro sin aprovechar la energía de las estrellas'. dijo Comisso. “Es esencialmente un problema tecnológico. Si nos fijamos en la física, no hay nada que se lo impida ”.
De hecho, es posible que especies suficientemente avanzadas en nuestro Universo ya estén explotando los agujeros negros por su energía ilimitada. Tal escenario fue sugerido recientemente en un papel de Marion Cromb , un Ph.D. estudiante de astrofísica de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de Glasgow. También es un componente del Hipótesis de la trascendencia , una resolución propuesta a la paradoja de Fermi propuesta originalmente por Roger Smart en 2002.
Además de ser una fuente de energía definitiva, Smart también sugirió que los agujeros negros permitirían que una especie 'trascendente' (súper avanzada) cree 'un dominio computacionalmente óptimo de escalas de espacio, tiempo, energía y materia cada vez más densas, productivas, miniaturizadas y eficientes'. ¡Incluso existe la posibilidad de investigar modelos físicos alternativos, avanzar en el viaje en el tiempo y ver las 'semillas' de nuevos universos!
También hay teorías sobre cómo los pequeños agujeros negros podrían usarse para alimentar naves espaciales interestelares (el unidad de agujero negro ), o cómo un horizonte de sucesos podría convertirse en un medio de propulsión (el Halo Drive ). Esta última idea funciona de la misma manera que una maniobra de asistencia por gravedad , donde una nave espacial usaría el horizonte de eventos de un agujero negro giratorio para lanzarse hacia estrellas distantes a velocidades cercanas a la velocidad de la luz.
Crédito: NASA / Goddard Media Studios
Pero mientras tanto, estudios como este son parte de un esfuerzo creciente para expandir nuestro conocimiento de los agujeros negros y la física exótica que tiene lugar en sus alrededores. Como Asenjo indicado , los estudios teóricos sobre la física de los agujeros negros son especialmente importantes en un momento en que los esfuerzos globales como el Telescopio del horizonte de sucesos (EHT) permiten capturar las primeras imágenes de agujeros negros:
'Nuestro mayor conocimiento de cómo se produce la reconexión magnética en las proximidades del agujero negro podría ser crucial para guiar nuestra interpretación de las observaciones actuales y futuras de los agujeros negros con telescopios, como las del Event Horizon Telescope'.
El estudio, que apareció recientemente en la revista científica Revisión física D , fue posible gracias a la financiación proporcionada por la NASA, la empresa chilena Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (FONDECYT) y la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) Ventanas al universo iniciativa: un programa de síntesis que tiene como objetivo reunir la física teórica y la astronomía observacional bajo un mismo techo para responder algunas de las preguntas más profundas.
Otras lecturas: Noticias de Columbia , Revisión física D
