Tecnologia Científica

Podemos aproveitar a energia dos buracos negros?
O estudo, reconexão magnética como um mecanismo de extração de energia de buracos negros giratórios, foi financiado pela iniciativa Windows on the Universe da National Science Foundation, NASA e pelo Fundo Nacional de Desenvolvimento Científico
Por Carla Cantor - 13/01/2021


Plasma próximo ao horizonte de eventos prestes a ser devorado por um buraco negro em rotação. Crédito: Classical And Quantum Gravity , 2015. Reproduzido com permissão da IOP Publishing

Uma previsão notável da teoria da relatividade geral de Einstein - a teoria que conecta espaço, tempo e gravidade - é que buracos negros rotativos têm enormes quantidades de energia disponíveis para serem exploradas.

Nos últimos 50 anos, os cientistas têm tentado encontrar métodos para liberar esse poder. O físico Nobel Roger Penrose teorizou que a desintegração de uma partícula poderia extrair energia de um buraco negro; Stephen Hawking propôs que os buracos negros poderiam liberar energia por meio da emissão da mecânica quântica; enquanto Roger Blandford e Roman Znajek sugeriram o torque eletromagnético como o principal agente de extração de energia.

Agora, em um estudo publicado na revista Physical Review D , os físicos Luca Comisso da Universidade de Columbia e Felipe Asenjo da Universidad Adolfo Ibanez, no Chile, encontraram uma nova maneira de extrair energia de buracos negros quebrando e reunindo linhas de campo magnético perto do horizonte de eventos , o ponto de onde nada, nem mesmo a luz, pode escapar da atração gravitacional do buraco negro.

"Os buracos negros são comumente cercados por uma 'sopa' quente de partículas de plasma que carregam um campo magnético", disse Luca Comisso, cientista da Universidade de Columbia e primeiro autor do estudo.

"Nossa teoria mostra que quando as linhas do campo magnético se desconectam e se reconectam, da maneira certa, elas podem acelerar as partículas de plasma para energias negativas e grandes quantidades de energia de buraco negro podem ser extraídas."

Esta descoberta pode permitir aos astrônomos estimar melhor a rotação dos buracos negros, impulsionar as emissões de energia dos buracos negros e pode até fornecer uma fonte de energia para as necessidades de uma civilização avançada, disse Comisso.

Comisso e Asenjo construíram sua teoria com base na premissa de que a reconexão de campos magnéticos acelera as partículas de plasma em duas direções diferentes. Um fluxo de plasma é empurrado contra o giro do buraco negro, enquanto o outro é impulsionado na direção do buraco negro e pode escapar das garras do buraco negro, que libera energia se o plasma engolido pelo buraco negro tiver energia negativa.
 
"É como se uma pessoa pudesse perder peso comendo doces com calorias negativas", disse Comisso, que explicou que essencialmente um buraco negro perde energia ao comer partículas de energia negativa. "Isso pode parecer estranho", disse ele, "mas pode acontecer em uma região chamada ergosfera, onde o contínuo do espaço-tempo gira tão rápido que todos os objetos giram na mesma direção do buraco negro."

Dentro da ergosfera, a reconexão magnética é tão extrema que as partículas de plasma são aceleradas a velocidades próximas da velocidade da luz.

Asenjo, professor de física da Universidad Adolfo Ibáñez e co-autor do estudo, explicou que a alta velocidade relativa entre os fluxos de plasma capturados e os que escapam é o que permite ao processo proposto extrair grandes quantidades de energia do buraco negro.

"Calculamos que o processo de energização do plasma pode atingir uma eficiência de 150 por cento, muito maior do que qualquer usina operando na Terra", disse Asenjo. "Alcançar uma eficiência superior a 100 por cento é possível porque os buracos negros vazam energia, que é distribuída gratuitamente para o plasma que escapa do buraco negro."

O processo de extração de energia idealizado por Comisso e Asenjo pode já estar operando em um grande número de buracos negros. Pode ser isso que está causando as erupções dos buracos negros - explosões poderosas de radiação que podem ser detectadas da Terra.

"Nosso maior conhecimento de como a reconexão magnética ocorre nas proximidades do buraco negro pode ser crucial para guiar nossa interpretação das observações atuais e futuras dos buracos negros, como as do Event Horizon Telescope", disse Asenjo.

Embora possa parecer coisa de ficção científica, a mineração de energia de buracos negros pode ser a resposta para nossas necessidades futuras de energia.

"Daqui a milhares ou milhões de anos, a humanidade poderá sobreviver ao redor de um buraco negro sem aproveitar a energia das estrelas", disse Comisso. "É um problema essencialmente tecnológico. Se olharmos para a física, não há nada que o impeça."

O estudo, reconexão magnética como um mecanismo de extração de energia de buracos negros giratórios, foi financiado pela iniciativa Windows on the Universe da National Science Foundation, NASA e pelo Fundo Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Chile.

Vyacheslav (Slava) Lukin, diretor do programa da NSF, disse que a Fundação visa catalisar novos esforços teóricos baseados em observações de fronteira em instalações como o EHT, reunindo física teórica e astronomia observacional sob o mesmo teto.

"Estamos ansiosos para a tradução potencial de estudos aparentemente esotéricos da astrofísica dos buracos negros para o reino prático", disse Lukin.

"As ideias e conceitos discutidos neste trabalho são verdadeiramente fascinantes", disse Vyacheslav (Slava) Lukin, diretor de programa da National Science Foundation. Ele disse que a NSF tem como objetivo catalisar novos esforços teóricos baseados em observações de fronteira, reunindo física teórica e astronomia observacional sob o mesmo teto.

"Estamos ansiosos para a tradução potencial de estudos aparentemente esotéricos da astrofísica de buracos negros para o reino prático", acrescentou.

 

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