Una predicción notable de la teoría de la relatividad general de Einstein, la teoría que conecta el espacio, el tiempo y la gravedad, es que los agujeros negros giratorios tienen enormes cantidades de energía disponible para aprovechar.
Durante los últimos 50 años, los científicos han intentado encontrar métodos para liberar este poder. El físico Nobel Roger Penrose teorizó que una desintegración de partículas podría extraer energía de un agujero negro; Stephen Hawking propuso que los agujeros negros podrían liberar energía a través de la mecánica cuántica.emisión; mientras que Roger Blandford y Roman Znajek sugirieron el par electromagnético como un agente principal de extracción de energía.
Ahora, en un estudio publicado en la revista Revisión física D , los físicos Luca Comisso de la Universidad de Columbia y Felipe Asenjo de la Universidad Adolfo Ibáñez en Chile, encontraron una nueva forma de extraer energía de los agujeros negros rompiendo y reuniendo las líneas del campo magnético cerca del horizonte de eventos, el punto desde el cual nada, ni siquiera la luz, puede escapar de la atracción gravitacional del agujero negro.
"Los agujeros negros suelen estar rodeados por una 'sopa' caliente de partículas de plasma que llevan un campo magnético", dijo Luca Comisso, científico investigador de la Universidad de Columbia y primer autor del estudio.
"Nuestra teoría muestra que cuando las líneas de campo magnético se desconectan y se vuelven a conectar, de la manera correcta, pueden acelerar las partículas de plasma a energías negativas y se pueden extraer grandes cantidades de energía de agujero negro".
Este hallazgo podría permitir a los astrónomos estimar mejor el giro de los agujeros negros, impulsar las emisiones de energía de los agujeros negros e incluso podría proporcionar una fuente de energía para las necesidades de una civilización avanzada, dijo Comisso.
Comisso y Asenjo construyeron su teoría sobre la premisa de que la reconexión de los campos magnéticos acelera las partículas de plasma en dos direcciones diferentes. Un flujo de plasma es empujado contra el giro del agujero negro, mientras que el otro es impulsado en la dirección del giro y puede escapar de las garras delagujero negro, que libera energía si el plasma ingerido por el agujero negro tiene energía negativa.
"Es como si una persona pudiera perder peso comiendo dulces con calorías negativas", dijo Comisso, quien explicó que esencialmente un agujero negro pierde energía al comer partículas de energía negativa. "Esto puede sonar extraño", dijo, "peropuede suceder en una región llamada ergosfera, donde el continuo espacio-tiempo gira tan rápido que cada objeto gira en la misma dirección que el agujero negro ".
Dentro de la ergosfera, la reconexión magnética es tan extrema que las partículas de plasma se aceleran a velocidades cercanas a la velocidad de la luz.
Asenjo, profesor de física de la Universidad Adolfo Ibáñez y coautor del estudio, explicó que la alta velocidad relativa entre las corrientes de plasma capturadas y las que escapan es lo que permite que el proceso propuesto extraiga cantidades masivas de energía del agujero negro.
"Calculamos que el proceso de energización del plasma puede alcanzar una eficiencia del 150 por ciento, mucho más alta que cualquier planta de energía que opere en la Tierra", dijo Asenjo. "Lograr una eficiencia superior al 100 por ciento es posible porque los agujeros negros pierden energía, lo quese regala gratis al plasma que escapa del agujero negro ".
El proceso de extracción de energía previsto por Comisso y Asenjo podría estar ya operando en una gran cantidad de agujeros negros. Eso puede ser lo que está impulsando las llamaradas de agujeros negros: poderosas ráfagas de radiación que se pueden detectar desde la Tierra.
"Nuestro mayor conocimiento de cómo se produce la reconexión magnética en las proximidades del agujero negro podría ser crucial para guiar nuestra interpretación de las observaciones actuales y futuras de agujeros negros con telescopios, como las del Event Horizon Telescope", dijo Asenjo.
Si bien puede parecer algo de ciencia ficción, extraer energía de los agujeros negros podría ser la respuesta a nuestras futuras necesidades de energía.
"Dentro de miles o millones de años, la humanidad podría sobrevivir alrededor de un agujero negro sin aprovechar la energía de las estrellas", dijo Comisso. "Es esencialmente un problema tecnológico. Si miramos la física, no hay nada quelo previene. "
El estudio, Reconexión magnética como mecanismo para la extracción de energía de agujeros negros rotativos, fue financiado por la iniciativa Ventanas en el Universo de la Fundación Nacional de Ciencias, la NASA y el Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico de Chile.
Vyacheslav Slava Lukin, director de programa de NSF, dijo que la Fundación tiene como objetivo catalizar nuevos esfuerzos teóricos basados en observaciones fronterizas en instalaciones como el EHT, reuniendo la física teórica y la astronomía observacional bajo un mismo techo.
"Esperamos la posible traducción de estudios aparentemente esotéricos de la astrofísica de los agujeros negros al ámbito práctico", dijo Lukin.
"Las ideas y conceptos discutidos en este trabajo son realmente fascinantes", dijo Vyacheslav Slava Lukin, director de programa de la National Science Foundation. Dijo que la NSF tiene como objetivo catalizar nuevos esfuerzos teóricos basados en observaciones fronterizas, uniendo la física teóricay astronomía observacional bajo un mismo techo.
"Esperamos la posible traducción de estudios aparentemente esotéricos de la astrofísica de los agujeros negros al ámbito práctico", agregó.
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