Podemos extrair energia de um buraco negro? Cientistas propõem um novo plano ambicioso

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Créditos: Centro de Voos Espaciais Goddard da NASA / Jeremy Schnittman.

Por Peter Dockrill
Publicado na ScienceAlert

Por décadas, os cientistas lidam com um mistério complexo da física: será que as imensas quantidades de energia teoricamente produzidas por buracos negros em rotação poderiam ser exploradas por humanos?

Se as sociedades do futuro fossem de alguma forma capazes de realizar essa façanha magnífica, o fornecimento de energia de civilizações galácticas distantes aparentemente estaria garantido – e agora os cientistas têm uma nova explicação para como tal extração exótica poderia um dia ser possível.

“Os buracos negros são comumente cercados por uma ‘sopa’ quente de partículas de plasma que carregam um campo magnético”, explica o astrofísico Luca Comisso, da Universidade Columbia (EUA).

“Nossa teoria mostra que quando as linhas do campo magnético se desconectam e se reconectam, da maneira certa, elas podem acelerar as partículas de plasma para energias negativas e grandes quantidades de energia de buraco negro podem ser extraídas”.

O novo trabalho de Comisso – com a coautoria do físico Felipe A. Asenjo da Universidade Adolfo Ibáñez no Chile – fornece um novo olhar para vislumbrar como a extração de energia de um buraco negro giratório poderia funcionar.

Dada sua massa extrema, é natural supor que os buracos negros também contenham uma quantidade extrema de energia. Infelizmente, ela estaria toda presa no fundo de um poço traiçoeiro do espaço-tempo.

Sob as condições em que essa massa gira, pode ser possível mergulhar só o “dedinho do pé” nesta imensa reserva de energia à medida que os declives do espaço-tempo são arrastados.

O eminente físico e matemático da Universidade de Oxford Roger Penrose sugere um método engenhoso. No que ficou conhecido como processo Penrose, a energia poderia teoricamente ser extraída da região fora do horizonte de eventos de um buraco negro, chamada ergosfera, dentro da qual o espaço-tempo é distorcido pelos efeitos da rotação do buraco negro.

Os cálculos de Penrose sugeriram que, se uma partícula se dividisse em duas partes dentro da ergosfera, com uma parte caindo no horizonte de eventos e a outra escapando da atração gravitacional do buraco negro, a energia produzida pelo objeto escapante seria teoricamente extraível, se não for praticamente impossível.

Essa famosa ideia foi verificada experimentalmente por cientistas em um estudo publicado há apenas alguns meses, mas não é o único meio sugerido de aproveitar a energia de um buraco negro em rotação.

A radiação Hawking, baseada nas emissões da mecânica quântica, é outra forma, no conhecido como processo Blandford-Znajek, onde a energia pode ser extraída eletromagneticamente por meio do campo magnético ao redor de um buraco negro.

Na análise de Comisso e Asenjo, o magnetismo também desempenha um papel central – especificamente, conforme as linhas do campo magnético se rompem e se reintegram dentro da ergosfera – mas também reformula parte do pensamento do processo Penrose.

Conforme as reconexões magnéticas ocorrem fora do horizonte de eventos – partindo partículas de plasma aceleradas a velocidades próximas à velocidade da luz em duas direções diferentes – um fluxo de plasma pode cair no horizonte de eventos, com o outro escapando.

Da perspectiva do buraco negro, a partícula que cai no buraco negro estaria imbuída de uma quantidade negativa de energia. De fora do buraco negro, a partícula que saísse teria energia positiva que poderia ser colocada para funcionar de forma prática.

Por meio desse método, a fuga de fluxos de plasma com energia adicional poderia teoricamente servir como uma fonte virtualmente ilimitada de energia, desde que o buraco negro continue engolindo plasma de energia negativa.

“Calculamos que o processo de energização por plasma pode atingir uma eficiência de 150 por cento, muito maior do que qualquer usina em operação na Terra”, explica Asenjo.

“Alcançar uma eficiência superior a 100 por cento é possível porque os buracos negros vazam energia, que é distribuída para o plasma que escapa do buraco negro”.

Embora seja improvável que algum dia possamos explorar de forma viável essa geração de energia em termos práticos, isso não significa que ela seja totalmente inútil.

De uma perspectiva astronômica, o fenômeno pode ser o que alimenta as erupções dos buracos negros – representando vastas liberações de energia de radiação que não são exploradas no espaço.

“Diferentemente do processo Blandford-Znajek, no qual a extração de energia rotacional é obtida por um mecanismo puramente eletromagnético, o mecanismo de extração de energia aqui descrito requer uma inércia de partícula diferente de zero”, escrevem os autores.

“Este mecanismo também é diferente do processo Penrose original, uma vez que a dissipação da energia magnética é necessária para produzir as partículas de energia negativa. Claramente, todos os mecanismos extraem a energia rotacional do buraco negro alimentando o buraco negro com energia negativa e momento angular”.

As conclusões são relatadas na Physical Review D.