Una notevole previsione della teoria della relatività generale di Einstein, la teoria che collega spazio, tempo e gravità, è che i buchi neri rotanti hanno enormi quantità di energia disponibile da sfruttare.
L’estrazione di energia dai buchi neri potrebbe essere la risposta alle nostre future esigenze energetiche
Negli ultimi 50 anni, gli scienziati hanno cercato di escogitare metodi per liberare questo potere. Il fisico Nobel Roger Penrose ha teorizzato che la disintegrazione di una particella potrebbe trarre energia da un buco nero; Stephen Hawking ha proposto che i buchi neri potrebbero rilasciare energia attraverso l’emissione di meccanica quantistica; mentre Roger Blandford e Roman Znajek hanno suggerito la coppia elettromagnetica come principale agente di estrazione di energia.
Ora, in uno studio pubblicato sulla rivista Physical Review D, i fisici Luca Comisso della Columbia University e Felipe Asenjo dell’Universidad Adolfo Ibanez in Cile, hanno trovato un nuovo modo per estrarre energia dai buchi neri rompendo e ricongiungendo le linee del campo magnetico vicino all’orizzonte degli eventi, il punto da cui nulla, nemmeno la luce, può sfuggire all’attrazione gravitazionale del buco nero.
“I buchi neri sono comunemente circondati da una calda ‘zuppa’ di particelle di plasma che trasportano un campo magnetico”, ha affermato Luca Comisso, ricercatore presso la Columbia University e primo autore dello studio.
“La nostra teoria mostra che quando le linee del campo magnetico si disconnettono e si riconnettono, nel modo giusto, possono accelerare le particelle di plasma a energie negative e possono essere estratte grandi quantità di energia del buco nero”.
Questa scoperta potrebbe consentire agli astronomi di stimare meglio la rotazione dei buchi neri, guidare le emissioni di energia dei buchi neri e potrebbe persino fornire una fonte di energia per i bisogni di una civiltà avanzata, ha affermato Comisso.
Comisso e Asenjo hanno costruito la loro teoria sulla premessa che la riconnessione dei campi magnetici accelera le particelle di plasma in due direzioni diverse. Un flusso di plasma viene spinto contro la rotazione del buco nero, mentre l’altro viene spinto nella direzione della rotazione e può sfuggire alle grinfie del buco nero, che rilascia potenza se il plasma inghiottito dal buco nero ha energia negativa.
“È come se una persona potesse perdere peso mangiando caramelle con calorie negative”, ha detto Comisso, che ha spiegato che essenzialmente un buco nero perde energia mangiando particelle di energia negativa. “Potrebbe sembrare strano”, ha detto, “ma può accadere in una regione chiamata ergosfera, dove il continuum spazio-temporale ruota così velocemente che ogni oggetto ruota nella stessa direzione del buco nero”.
All’interno dell’ergosfera, la riconnessione magnetica è così estrema che le particelle di plasma vengono accelerate a velocità prossime a quella della luce.
Asenjo, professore di fisica all’Universidad Adolfo Ibáñez e coautore dello studio, ha spiegato che l’elevata velocità relativa tra i flussi di plasma catturati e quelli in fuga è ciò che consente al processo proposto di estrarre enormi quantità di energia dal buco nero.
“Abbiamo calcolato che il processo di energizzazione del plasma può raggiungere un’efficienza del 150 percento, molto superiore a qualsiasi centrale elettrica in funzione sulla Terra”, ha affermato Asenjo. “Raggiungere un’efficienza superiore al 100 percento è possibile perché i buchi neri perdono energia, che viene ceduta gratuitamente al plasma che fuoriesce dal buco nero”.
Il processo di estrazione di energia previsto da Comisso e Asenjo potrebbe essere già operativo in un gran numero di buchi neri. Questo potrebbe essere ciò che sta guidando i bagliori dei buchi neri: potenti esplosioni di radiazioni che possono essere rilevate dalla Terra.
“La nostra maggiore conoscenza di come avviene la riconnessione magnetica in prossimità del buco nero potrebbe essere cruciale per guidare la nostra interpretazione delle attuali e future osservazioni del telescopio dei buchi neri, come quelle dell’Event Horizon Telescope”, ha affermato Asenjo.
Anche se può sembrare roba da fantascienza, l’estrazione di energia dai buchi neri potrebbe essere la risposta alle nostre future esigenze energetiche.
“Migliaia o milioni di anni da oggi, l’umanità potrebbe essere in grado di sopravvivere attorno a un buco nero senza sfruttare l’energia delle stelle”, ha detto Comisso. “È essenzialmente un problema tecnologico. Se guardiamo alla fisica, non c’è nulla che lo impedisca”.
Lo studio, Riconnessione magnetica come meccanismo per l’estrazione di energia dai buchi neri rotanti, è stato finanziato dall’iniziativa Windows on the Universe della National Science Foundation, dalla NASA e dal Fondo nazionale cileno per lo sviluppo scientifico e tecnologico.
Vyacheslav (Slava) Lukin, direttore del programma presso NSF, ha affermato che la Fondazione mira a catalizzare nuovi sforzi teorici basati su osservazioni di frontiera in strutture come l’EHT, riunendo la fisica teorica e l’astronomia osservativa sotto lo stesso tetto.
“Attendiamo con impazienza la potenziale traduzione di studi apparentemente esoterici sull’astrofisica dei buchi neri nel regno pratico”, ha aggiunto.
