È possibile estrarre energia da un buco nero? Gli scienziati propongono un nuovo folle piano

Per decenni, gli scienziati hanno risolto un difficile problema fisico: le enormi quantità di energia teoricamente prodotte dai buchi neri potrebbero mai essere utilizzate dall'umanità?

Se le società future fossero in qualche modo in grado di realizzare questa grande impresa, sembrerebbe che la fornitura di energia a civiltà galattiche lontane sarebbe assicurata - e ora gli scienziati hanno una nuova spiegazione di come tale estrazione potrebbe un giorno diventare possibile.

I buchi neri sono solitamente circondati da una zuppa calda di particelle di plasma che trasportano un campo magnetico, spiega l'astrofisico Luca Komisso della Columbia University.

La nostra teoria mostra che quando le linee del campo magnetico si separano e si riconnettono nel modo corretto, possono accelerare le particelle di plasma a energie negative e possono essere estratte grandi quantità di energia da buco nero.

Il nuovo lavoro di Commissiono, scritto insieme al fisico Felipe A. Asenjo dell'Università Adolfo Ibáñez in Cile, presenta un nuovo prisma per vedere come potrebbe funzionare l'estrazione di energia da un buco nero.

Data la loro massa estrema, è naturale presumere che i buchi neri contengano anche enormi quantità di energia. Sfortunatamente, tutto questo è bloccato nel "fondo" dello spazio-tempo.

Roger Penrose, un eminente fisico e matematico dell'Università di Oxford, ha proposto un metodo ingegnoso. Nel cosiddetto processo di Penrose, l'energia può essere teoricamente estratta da una regione al di fuori dell'orizzonte degli eventi del buco nero, chiamata ergosfera, all'interno della quale lo spaziotempo è distorto dalla rotazione del buco nero.

I calcoli di Penrose hanno mostrato che se una particella si divide in due parti all'interno dell'ergosfera, una delle quali cade nell'orizzonte degli eventi e l'altra sfugge all'attrazione gravitazionale del buco nero, l'energia rilasciata dall'oggetto in fuga può teoricamente essere estratta.

Questa idea è stata confermata sperimentalmente dagli scienziati in un articolo pubblicato solo pochi mesi fa, ma non è l'unico modo proposto per sfruttare l'energia di un buco nero rotante.

La radiazione di Hawking, basata sulla radiazione meccanica quantistica, è un altro percorso noto come processo Blandford-Znajek, in cui l'energia può essere estratta elettromagneticamente attraverso un campo magnetico attorno a un buco nero.

Anche il magnetismo gioca un ruolo centrale nell'analisi di Commissiono e Asenjo - in particolare quando le linee di forza di un campo magnetico si rompono e si riuniscono all'interno dell'ergosfera - ma cambia anche alcune delle idee del processo di Penrose.

Poiché le riconnessioni magnetiche avvengono al di fuori dell'orizzonte degli eventi - le particelle di plasma vengono accelerate a velocità che si avvicinano alla velocità della luce in due direzioni diverse - un flusso di plasma può cadere nell'orizzonte degli eventi e l'altro fugge.

Dal punto di vista del buco nero, la particella in caduta sarà dotata di una quantità di energia negativa. Dall'esterno del buco nero, la particella in uscita avrà un'energia positiva che può essere fatta funzionare.

Utilizzando questo metodo, flussi di plasma che perdono energia possono teoricamente servire come una fonte virtualmente illimitata di energia libera fintanto che il buco nero continua a consumare plasma di energia negativa.

Abbiamo calcolato che il processo di eccitazione del plasma può raggiungere un'efficienza del 150 percento, che è molto più alta di qualsiasi centrale elettrica operante sulla Terra, spiega Asenjo.

Il raggiungimento di efficienze superiori al 100% è possibile perché i buchi neri consentono il passaggio di energia, che viene donata al plasma quando lascia il buco nero.

Sebbene sia improbabile che saremo mai in grado di sfruttare realisticamente questa energia da un punto di vista pratico, ciò non significa che la ricerca sia completamente inutile.

Da un punto di vista astronomico, questo fenomeno potrebbe essere la causa delle esplosioni di buchi neri, che sono enormi esplosioni di energia di radiazione che vanno nello spazio.

A differenza del processo Blandford-Znajek, in cui l'estrazione dell'energia rotazionale viene effettuata utilizzando un meccanismo puramente elettromagnetico, il meccanismo di estrazione dell'energia qui descritto richiede un'inerzia delle particelle diversa da zero, scrivono gli autori.

Questo meccanismo differisce anche dal processo Penrose originale, poiché la dissipazione dell'energia magnetica è necessaria per formare particelle di energia negativa. Ovviamente, tutti i meccanismi estraggono l'energia rotazionale del buco nero, alimentando il buco nero con energia negativa e momento angolare.

I risultati sono presentati in Physical Review D.