Potremo estrarre energia dai buchi neri?

La teoria della relatività generale di Albert Einstein che collega spazio e tempo in un’unica struttura quadrimensionale, che viene influenzata e influenza le masse presenti, prevede l’esistenza dei buchi neri.

Ma il grande fisico tedesco non aveva una passione particolare per i buchi neri che all’epoca non si chiamavano nemmeno così, il nome venne dato loro alla fine degli anni ’60 da John Wheeler. Einstein si preoccupò invece, di trovare una teoria che spiegasse l’universo meglio di quanto non facesse la gravitazione universale newtoniana. I buchi neri erano solo un dettaglio.

Ad appassionarsi ai buchi neri fu un altro fisico tedesco, Karl Schwarzschild, che dopo aver letto la Teoria della relatività generale, elaborò l’ipotesi di un corpo talmente denso da riuscire a modificare la luce emanata facendola tendere averso il rosso. Il lavoro di Schwarzschild attrasse molti fisici e Einstein si trovò coinvolto in una discussione nata da una parte della sua Teoria.

Un oggetto molto denso produce un campo gravitazionale tale da intrappolare anche la luce. Per fuggire da un oggetto simile occorrerebbe sviluppare una velocità maggiore della luce, possibilità negata dalla teoria di Einstein. Tutto quello che finisce entro “l’orizzonte degli eventi”, non può sfuggire. Ma la teoria di Einstein dice anche qualcos’altro, i buchi neri rotanti possiedono grandi quantità di energia, sarebbe possibile sfruttarla?

Da 50 anni i fisici sono al lavoro per capire come liberare l’energia di un buco nero.

Il fisico e premio Nobel Roger Penrose ha ipotizzato che la disintegrazione di una particella potrebbe catturare energia da un buco nero; Stephen Hawking riteneva che i buchi neri potrebbero rilasciare energia attraverso l’emissione della meccanica quantistica; mentre Roger Blandford e Roman Znajek hanno suggerito la coppia elettromagnetica come agente principale dell’estrazione di energia.

Questi non sono gli unici modi per estrarre energia da un buco nero rotante, sembra che i fisici Luca Comisso della Columbia University e Felipe Asenjo dell’Universidad Adolfo Ibanez in Cile, abbiano trovato un nuovo modo per estrarre energia, rompendo e ricongiungendo le linee del campo magnetico vicino all’orizzonte degli eventi. Lo studio è pubblicato sulla rivista Physical Review D.

I buchi neri sono circondati da una zuppa di particelle ad alta temperatura che trasporta un campo magnetico. La teoria di Comisso e Asenjo mostra che quando le linee del campo magnetico si spezzano e si ricongiungono nel modo giusto, possono accelerare le particelle di plasma a energie negative, rendendo possibile l’estrazione di grandi quantità di energia da buco nero.

Questa scoperta potrebbe consentire agli astronomi di calcolare con maggior precisione  la rotazione dei buchi neri, che potrebbe fornire grandi quantità di energia che una civiltà in grado di viaggiare nello spazio potrebbe sfruttare.

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 al buco nero che rilascia energia se il plasma inghiottito dal buco nero possiede energia negativa. Essenzialmente un buco nero perde energia catturando particelle con energia negativa

Asenjo, professore di fisica presso l’Universidad Adolfo Ibáñez e coautore dello studio, ha spiegato che l’alta velocità relativa tra i flussi di plasma catturati e quelli in fuga dal buco nero sono il meccanismo che consente di estrarre enormi quantità di energia dal buco nero.

I due fisici hanno  calcolato che il processo di energizzazione del plasma può raggiungere un’efficienza del 150 percento, molto più alta di qualsiasi centrale elettrica sulla Terra. Non c’è nessun trucco, arrivare  a 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 presente in un gran numero di buchi neri. Questo meccanismo potrebbe essere in funzione ora e potrebbe essere rilevato dalla Terra.

Anche se può sembrare fantascienza, estrarre energia dai buchi neri potrebbe essere la risposta ai nostri futuri bisogni energetici. Tra migliaia di anni i nostri discendenti potrebbero sopravvivere nei pressi di un buco nero estraendo tutta l’energia necessaria alla loro civiltà avanzata.

Lo studio dei due fisici è stato finanziato dall’iniziativa finestre sull’universo della National Science Foundation, dalla NASA e dal Fondo nazionale per lo sviluppo scientifico e tecnologico del Cile.

Vyacheslav (Slava) Lukin, direttore del programma del 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 detto Lukin.