Cinquenta anos atrás, o físico matemático inglês e ganhador do prêmio Nobel Roger Penrose propôs que a energia poderia ser extraída do espaço ao redor de um buraco negro em rotação. Conhecida como ergosfera, esta região fica fora de um horizonte de eventos, o limite dentro do qual nada pode escapar da atração gravitacional de um buraco negro (mesmo a luz). É também aqui que a matéria em queda é acelerada a velocidades incríveis e emite todos os tipos de energia.
Isso ficou conhecido como Processo de Penrose, que muitos teóricos expandiram desde então. O mais recente vem de um estudo realizado por pesquisadores da Columbia University e da Universidad Adolfo Ibáñez, no Chile. Com o apoio de organizações como a NASA, eles demonstraram como um melhor entendimento da física em funcionamento em torno de buracos negros giratórios poderia nos permitir aproveitar sua energia algum dia.
O estudo, intitulado “Reconexão magnética como mecanismo de extração de energia de buracos negros em rotação”, foi conduzido por Luca Comisso e Felipe A. Asenjo. Nele, eles propõem um novo método pelo qual a energia poderia ser aproveitada de um buraco negro quebrando e reunindo linhas de campo magnético perto de seu horizonte de eventos, o limite dentro do qual nada pode escapar da atração gravitacional de um buraco negro (mesmo a luz).
Como Comisso, um cientista pesquisador da Universidade de Columbia e o primeiro autor do estudo explicou em um comunicado à imprensa do Columbia News:
“Os buracos negros são comumente cercados por uma ‘sopa’ quente de partículas de plasma que carregam um campo magnético. 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.”
Enquanto Penrose teorizou em 1971 que este processo de desintegração de partículas poderia extrair energia de um buraco negro, Stephen Hawking propôs em 1974 que os buracos negros poderiam liberar energia através de emissão mecânica quântica (conhecida como radiação de Hawking). Em seguida, Roger Blandford e Roman Znajek sugeriram em 1977 que o torque eletromagnético era o principal agente de extração de energia.
Para o seu estudo, Comisso e Senjo consideraram uma parte fundamental do Processo Penrose, que é como as linhas do campo magnético se separam e se reconectam perto do horizonte de eventos. Isso faz com que a matéria em queda se transforme em dois fluxos de partículas carregadas (também conhecidas como plasma), um dos quais será empurrado contra o giro do buraco negro e pegará massa-energia negativa, fazendo com que caia além do horizonte de eventos para o buraco negro .
Enquanto isso, o outro fluxo de plasma será impulsionado na mesma direção que o giro do buraco negro, permitindo que ele pegue energia de massa adicional e escape para a ergosfera. Dentro da ergosfera, a reconexão das linhas do campo magnético é tão extrema que as partículas de plasma são aceleradas a velocidades próximas à da luz (também conhecidas como velocidades relativísticas).
O que isso significa, essencialmente, é que um buraco negro perderá energia ao comer partículas de massa negativa. Além do mais, a alta velocidade relativa entre os fluxos de plasma capturados e em fuga é o que permite o processo em que grandes quantidades de energia podem ser extraídas de um buraco negro. Como explicou Asenjo, professor de física da Universidad Adolfo Ibáñez e co-autor do estudo:
“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. Alcançar uma eficiência superior a 100 por cento é possível porque os buracos negros vazam energia, que é dada gratuitamente ao plasma que escapa do buraco negro.”
Embora possa soar como ficção científica, é inteiramente possível que as gerações futuras procurem buracos negros para atender às suas necessidades de energia. Além do mais, argumenta Comisso e Asenjo, o processo de extração de energia pode já estar ocorrendo com uma série de buracos negros no Universo observável. Essa pode ser a razão para as erupções de buracos negros, que são explosões poderosas de radiação que podem ser detectadas da Terra.
“Daqui a milhares ou milhões de anos, a humanidade poderá sobreviver ao redor de um buraco negro sem aproveitar a energia das estrelas”, disse Comisso. “É essencialmente um problema tecnológico. Se olharmos para a física, não há nada que o impeça.”
Na verdade, é possível que espécies suficientemente avançadas em nosso Universo já estejam explorando os buracos negros por sua energia ilimitada. Tal cenário foi recentemente sugerido em um artigo de Marion Cromb, um Ph.D. estudante de astrofísica da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Glasgow. É também um componente da Hipótese de Transcensão, uma proposta de resolução para o Paradoxo de Fermi originalmente proposta por Roger Smart em 2002.
Além de ser uma fonte de energia final, Smart também sugeriu que os buracos negros permitiriam a uma espécie “transcendente” (superavançada) criar “um domínio computacionalmente ideal de escalas cada vez mais densas, produtivas, miniaturizadas e eficientes de espaço, tempo, energia e matéria.” Existe até a possibilidade de investigar modelos físicos alternativos, viajar no tempo para a frente e ver as “sementes” de novos Universos!
Existem também teorias sobre como pequenos buracos negros poderiam ser usados para fornecer energia para espaçonaves interestelares (a unidade de buraco negro), ou como um horizonte de eventos poderia se tornar um meio de propulsão (a unidade de Halo). Esta última ideia funciona quase da mesma forma que uma manobra de auxílio à gravidade, em que uma espaçonave usaria o horizonte de eventos de um buraco negro em rotação para se lançar em direção a estrelas distantes em velocidades próximas à velocidade da luz.
Entretanto, estudos como este fazem parte de um esforço crescente para expandir o nosso conhecimento sobre os buracos negros e a física exótica que ocorre nas suas proximidades. Como Asenjo indicou, os estudos teóricos sobre a física dos buracos negros são especialmente importantes em uma época em que esforços globais como o Event Horizon Telescope (EHT) estão permitindo que as primeiras imagens de buracos negros sejam capturadas:
“Nosso maior conhecimento de como a reconexão magnética ocorre nas proximidades do buraco negro pode ser crucial para guiar nossa interpretação das observações atuais e futuras dos buracos negros, como as do Event Horizon Telescope.”
O estudo, que apareceu recentemente na revista científica Physical Review D, foi possível graças ao financiamento da NASA, do Fundo Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Chile (FONDECYT) e da iniciativa Windows on the Universe da National Science Foundation (NSF) – um programa de síntese que visa trazer física teórica e astronomia observacional sob o mesmo teto para responder a algumas das questões mais profundas.
Publicado em 30/01/2021 22h36
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