Czarne dziury jako baterie?

Czarne dziury są jednymi z najpotężniejszych obiektów we Wszechświecie. Ludzie mogą znaleźć kiedyś sposób na wykorzystanie ich mocy jako źródła energii – pisze zespół teoretyków w nowej publikacji.

Przyciąganie grawitacyjne czarnych dziur jest tak silne, że nic nie może przed nimi uciec. Czy moglibyśmy więc kiedyś wykorzystać ogromną moc drzemiącą w nich jako źródło energii? W swoim artykule (29 listopada, wysoko punktowane czasopismo Physical Review D.) naukowcy proponują dwa sposoby wykorzystania czarnych dziur w tym charakterze, przewidując procesy pozyskiwania energii z czarnych dziur poprzez wykorzystanie ich właściwości rotacyjnych i grawitacyjnych. Uwaga: poniższe rozważania mają charakter wysoce teoretyczny.

Autor badań, Zhan Feng Mai z Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics na Uniwersytecie Pekińskim, sugeruje, że w dalekiej przyszłości można będzie nie tylko wydobywać energię z czarnych dziur, a także da się wstrzykiwać do nich energię, co przypomina trochę działanie baterii. W swym pierwszym hipotetycznym scenariuszu naukowcy naładowaliby czarną dziurę poprzez wstrzyknięcie do niej masywnych, naładowanych elektrycznie cząstek. Ładunki te byłyby zasysane do momentu, w którym sama czarna dziura miałaby już silne pole elektryczne. Takie, że samo zaczęłoby odpychać wszelkie dodatkowe ładunki, które próbowano by do niej wprowadzić.

Kiedy to elektromagnetyczne odpychanie byłoby większe niż grawitacyjne przyciąganie czarnej dziury, naukowcy mogliby uznać ją za "w pełni naładowaną". Zgodnie z ogólną teorią względności Einsteina, która głosi, że masa może być traktowana jako ekwiwalent energii, dostępna energia czarnej dziury pochodziłaby wówczas z kombinacji wprowadzonych do niej ładunków elektrycznych, jak i z masy tych ładunków elektrycznych.

Bateria czarnej dziury przekształca energię masy cząstki w energię ładunku – uważa Mai.

Naukowcy obliczyli też, że wydajność procesu ładowania może wynosić około 25%, co oznacza, że bateria zbudowana z czarnych dziur może przekształcić około jednej czwartej wprowadzonej masy w energię dostępną w postaci pola elektrycznego. Zespół szacuje, że dzięki temu wydajność takiej baterii byłaby około 250 razy wyższa niż w przypadku... bomby atomowej.

Jak jednak odzyskać, czy też wydobyć tę ogromną energię? Naukowcy wykorzystaliby proces znany jako superradiancja, który opiera się na teorii, że czasoprzestrzeń jest dosłownie wleczona wokół wirującej czarnej dziury z powodu jej intensywnego pola grawitacyjnego. Fale grawitacyjne lub elektromagnetyczne, które dostały się do tego obszaru rotacji, również zostałyby przez niego pociągnięte, ale zakładając, że nie przekroczyły jeszcze horyzontu zdarzeń czarnej dziury (granicy, poza którą nic, nawet światło, nie może uciec), niektóre fale mogłyby zostać ugięte z większą energią niż ta, jaką początkowo niosły. Proces ten przekształciłby zatem energię obrotową czarnej dziury, determinowaną przez jej masę, w fale, które są odkształcone i odchylone.

Inna, druga metoda wykorzystania energii czarnych dziur polegałaby na wydobyciu tej energii w postaci tak zwanych par Schwingera, czyli sparowanych cząstek, które tworzą się spontanicznie w obecności pola elektrycznego. Gdybyśmy zaczęli je badać od w pełni naładowanej czarnej dziury, pole elektryczne w pobliżu jej horyzontu zdarzeń mogłoby być tak silne, że spontanicznie utworzyłoby elektron i pozyton. Pozyton jest przy tym podobny do elektronu, ale ma przeciwny ładunek, czyli jest jego antycząstką. Gdyby czarna dziura była naładowana dodatnio, pozyton zostałby wyrzucony z czarnej dziury z powodu odpychania. Taka uciekająca cząstka przynajmniej teoretycznie mogłaby zostać pobrana jako energia.

Sam Mai przyznaje, że nie ma pojęcia, czy kiedykolwiek ludzkości uda się skonstruować taką baterię, ale jego rozważania zostały zainspirowane wcześniejszymi już badaniami naukowców nad teoretycznym pozyskiwaniem energii z czarnych dziur.

Czytaj więcej: