Hipotetyczna technologia pozyskiwania energii z czarnych dziur mogłaby pozostawiać ślady tuż za horyzontem zdarzeń. Horyzont zdarzeń to sfera otaczająca czarną dziurę, stanowiąca granicę, poza którą grawitacja czarnej dziury staje się zbyt silna, aby materia i energia mogły uciec. 

Takie ślady pozostawiane na skutek wysysania energii z czarnych dziur mogłyby wyjaśnić przynajmniej niektóre rozbłyski plazmy (rozgrzanej do białości postaci naładowanego gazu), które wykryto w pobliżu tych ogromnych zakłóceń w czasie i przestrzeni – sugeruje nowe badanie opublikowane 13 stycznia w czasopiśmie Physical Review D.

Chociaż na chwilę obecną brzmi to jak wycinek z nowej powieści science-fiction, to eksperci z dziedziny astrofizyki są zgodni, że wirujące czarne dziury mają potencjał, aby być niemal nieograniczonym źródłem energii dla zaawansowanej technologicznie cywilizacji. Dla naszej cywilizacji pozyskanie tej energii jest na razie poza zasięgiem, bowiem najbliższa czarna dziura znajduje się w odległości 1000 lat świetlnych od Ziemi.  

Autorzy nowej publikacji Luca Comisso i Felipe A. Asenjo uważają nie tylko, że wysysanie energii z czarnych dziur jest możliwe, ale też, że odkrycie istnienia tego typu technologii pozwoli nam dowiedzieć się, gdzie we Wszechświecie powinniśmy szukać obcych cywilizacji. 

Zdaniem Comisso następnym krokiem powinno być ustalenie, jakie ślady – widoczne dla odległych obserwatorów – pozostawia w sąsiedztwie czarnej dziury stosowanie kosmicznej technologii. Wykrycie tych śladów pozwoliłoby mieszkańcom Ziemi na potencjalne wykrycie odległych obcych cywilizacji – wyjaśnia Live Science.

– Zbadaliśmy w tym artykule tylko fizykę. Ale teraz pracuję z kolegą, aby odnieść to do rzeczywistości, aby szukać cywilizacji, aby zobaczyć, jakiego rodzaju sygnału trzeba szukać – mówi astrofizyk.

Energia z czarnej dziury 

To czwarty raz w ciągu 50 lat, kiedy zaproponowano nowy sposób pozyskiwania energii z wirującej czarnej dziury. Najbardziej znane jest badanie z 1969 r. autorstwa znanego fizyka Rogera Penrose'a, który w 2020 roku zdobył Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za pracę nad czarnymi dziurami.

Zaproponował mechanizm znany jako proces Penrose'a, w którym cząstka rozpada się na dwie części tuż obok czarnej dziury, obracającej się z prędkością bliską prędkości światła. Część cząstki następnie opada przez ergosferę (chaotyczny obszar czasoprzestrzeni tuż za horyzontem zdarzeń czarnej dziury) zanim wpadnie do samej czarnej dziury.

Zgodnie z obliczeniami, obiekty wpadające do ergosfery mogą mieć energię ujemną, co nie jest możliwe nigdzie indziej we wszechświecie. A ponieważ dodanie cząsteczki o ujemnej energii do czarnej dziury jest równoznaczne z wydobyciem z niej energii, obcy mogliby skutecznie wykorzystać energię czarnej dziury, przechwytując część cząstki, która uciekła przed intensywną grawitacją czarnej dziury – wyjaśnia Comisso.

Podczas gdy w swoich oryginalnych badaniach Penrose rozważał tylko pojedynczą cząstkę, która dzieli się na dwie części, najnowsze badania dotyczą astronomicznej plazmy generowanej w dysku akrecyjnym wokół czarnej dziury (masywnego i super gorącego dysku materii, który orbituje wokół większości czarnych dziur). Ponieważ plazma składa się z ogromnej liczby cząstek, mogłaby dostarczyć odpowiednio ogromne ilości energii.

Zbada to superkomputer

Comisso i Asenjo w nowym badaniu sugerują, że plazma do wydobywania energii z czarnej dziury jest tworzona przez zdarzenia „ponownego połączenia magnetycznego” - gdzie linie intensywnego pola magnetycznego plączą się, łamią i ponownie łączą tuż poza horyzontem zdarzeń.

Ponowne połączenia magnetyczne są powszechnie obserwowane na powierzchniach gwiazd, takich jak nasze Słońce, gdzie uwalniają ogromne ilości energii jako rozbłyski plazmy poruszające się w diametralnie przeciwnych kierunkach.

Podczas gdy rozbłyski plazmy zachodzące na gwiazdach opadają z powrotem na ich powierzchnię lub są wyrzucane w przestrzeń, ergosfera wirującej czarnej dziury sprawiałaby, że spadający strumień plazmy mógłby uzyskać ujemną energię, podczas gdy odpowiadający jej uciekający strumień zyskałby dodatkową energię – wyjaśniają astrofizycy.

Nowe badanie kwestionuje teorię z 1977 roku, dotyczącą pozyskiwania energii z czarnych dziur, zaproponowaną przez astrofizyków Rogera Blandforda i Romana Znajeka. Zasugerowali oni, że pola magnetyczne w pobliżu wirującej czarnej dziury nie łączą się ponownie, ale zamiast tego generują dodatkowy moment pędu w uciekającym strumieniu plazmy - rodzaj „elektromagnetycznego momentu obrotowego”.

Jak powiedział Comisso, można teraz przetestować zarówno nową teorię, jak i teorię Blandforda-Znajeka, aby określić, która z nich jest najbardziej skuteczna w pozyskiwaniu energii z obracającej się czarnej dziury.

– W przyszłości ludzie będą przeprowadzać symulacje obu przypadków na superkomputerze i możliwe będzie ich porównanie. Ale w tej chwili nie jest to jasne – mówi naukowiec.

Niezależnie od tego, która teoria okaże się poprawna, może pomóc astronomom lepiej oszacować prędkość wirowania czarnych dziur i określić ilościowo energię wydzielaną przez strumienie plazmy w pobliżu ich horyzontów zdarzeń.