Os buracos negros são poderosos motores gravitacionais. Então você pode imaginar que deve haver uma maneira de extrair energia deles se tiver oportunidade, e você está certo.
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Certamente, poderíamos aproveitar todo o calor e a energia cinética do disco de acreção e dos jatos de um buraco negro, mas mesmo que tudo o que tivéssemos fosse um buraco negro no espaço vazio, ainda poderíamos extrair energia de um truque conhecido como processo de Penrose.
Proposto pela primeira vez por Roger Penrose em 1971, é uma forma de extrair energia rotacional de um buraco negro. Ele usa um efeito conhecido como arrastar quadro, onde um corpo em rotação torce o espaço próximo de tal forma que um objeto que cai em direção ao corpo é arrastado levemente ao longo do caminho de rotação.
Observamos o efeito perto da Terra, embora seja minúsculo. Perto de um buraco negro em rotação, o efeito pode ser enorme. Tão forte que, dentro de uma região conhecida como ergosfera, os objetos podem ser arrastados em torno do buraco negro a velocidades superiores à da luz no espaço livre.
Grosso modo, o processo de Penrose consiste em voar para a ergosfera de um buraco negro em rápida rotação e, em seguida, liberar um pouco de massa ou radiação no buraco negro. O chute rotacional resultante afasta você do buraco negro mais rápido do que você se aproximou dele. A energia extra que você obtém é equilibrada pela desaceleração da rotação do buraco negro.
Este processo pode, em teoria, extrair até 20% da energia da massa do buraco negro, o que é enorme. Em comparação, a fusão do hidrogênio em hélio produz apenas cerca de 1% da energia da massa.
É claro que os físicos teóricos nunca estão satisfeitos. Se você consegue extrair 20% da energia da massa de um buraco negro, por que não mais?
Este é o foco de um artigo recente, embora deva ser notado que ele se concentra em uma ideia mais abstrata de buraco negro do que a que vemos no Universo.
Buracos negros simples podem ser caracterizados por três coisas: massa, rotação e carga elétrica. Os buracos negros que observamos têm os dois primeiros, mas como a matéria é eletricamente neutra, não o terceiro. Este artigo se concentra em buracos negros carregados.
Nosso Universo também está se expandindo e pode ser descrito aproximadamente por uma solução das equações de Einstein conhecida como espaço de Sitter. Descreve um universo vazio com uma constante cosmológica positiva. O espaço Anti-de Sitter (AdS) seria um universo com constante cosmológica negativa.
Embora o AdS não descreva o nosso Universo, ele permite alguns truques matemáticos que os teóricos adoram, por isso é frequentemente usado para explorar os limites da relatividade geral. Este artigo analisa especificamente um buraco negro carregado no espaço anti-de Sitter.
Embora este estudo seja inteiramente hipotético, é interessante como um cenário “e se”. Em vez de extrair energia da rotação de um buraco negro, os autores analisam como extrair energia através do decaimento de partículas usando o efeito Bañados-Silk-West (BSW).
Usando algum tipo de espelho de confinamento eletromagnético ou físico, as partículas podem ser refletidas para frente e para trás perto do horizonte de eventos, ganhando energia do buraco negro até decaírem como energia utilizável.
O problema com esta ideia, como mostram os autores, é que isto pode levar a um efeito descontrolado em que a energia das partículas amplifica a energia das partículas num olhar de feedback, levando ao que é conhecido como bomba de buraco negro. Portanto, se você estiver construindo uma usina perto de um buraco negro carregado em um universo anti-de Sitter, tenha cuidado.
Mas o mais interessante é que os autores também analisaram o caso de um buraco negro carregado num universo anti-de Sitter, de outra forma vazio. Neste caso, a energia também seria extraída do buraco negro.
Em vez de espelhos, a própria estrutura do espaço-tempo funcionaria como uma espécie de câmara de confinamento. Portanto, o buraco negro carregado libertaria energia por si próprio. Seria semelhante à radiação Hawking, mas neste caso não depende da gravidade quântica. Os autores também descobriram que este caso não leva a uma bomba de buraco negro.
Como mencionado anteriormente, nada disto se aplica a buracos negros reais no nosso Universo. Pelo que sabemos, o processo Penrose é o melhor que poderíamos realmente fazer.
Mas estudos como este são úteis pelo que revelam sobre a natureza fundamental do espaço e do tempo. E agora sabemos que mesmo num estranho anti-universo que só podemos imaginar, os buracos negros podem libertar energia ao longo do tempo.
Publicado em ScienceAlert com informações na Universe Today
