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¿Podríamos aprovechar la energía de los agujeros negros?

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Plasma cerca del horizonte de eventos a punto de ser devorado por un agujero negro en rotación. © CLASSICAL AND QUANTUM GRAVITY, 2015. REPRODUCIDO CON PERMISO DE IOP PUBLISHING

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 en rotación tienen enormes cantidades de energía disponible para aprovechar.

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Durante los últimos 50 años, los científicos han intentado idear métodos para liberar este poder. El físico Nobel Roger Penrose teorizó que la desintegración de una partícula podría extraer energía de un agujero negro; Stephen Hawking propuso que los agujeros negros podrían liberar energía a través de la emisión mecánica cuántica; tiempo Roger Blandford y Roman Znajek sugirió el par electromagnético como principal agente 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 líneas de 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 del 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 los agujeros negros.

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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.

Por qué funciona la reconexión

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 se empuja contra el giro del agujero negro, mientras que el otro se impulsa en la dirección del giro y puede escapar de las garras del agujero 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, 'pero puede 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.

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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. Es posible lograr una eficiencia superior al 100 por ciento porque los agujeros negros pierden energía, que se entrega de forma gratuita al plasma que escapa del agujero negro.

¿Una fuente de energía para el futuro?

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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 erupciones de los agujeros negros: poderosas explosiones 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 orientar nuestra interpretación de las observaciones actuales y futuras de los agujeros negros con telescopios, como las del Telescopio del horizonte de sucesos , Dijo Asenjo.

Si bien puede parecer algo de ciencia ficción, la extracción de energía de los agujeros negros podría ser la respuesta a nuestras necesidades futuras 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 nos fijamos en la física, no hay nada que se lo impida.

El estudio, La reconexión magnética como mecanismo de extracción de energía de los agujeros negros giratorios , fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias Ventanas al Universo iniciativa, NASA y el Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico de Chile.

Las ideas y conceptos discutidos en este trabajo son realmente fascinantes, dijo Vyacheslav Lukin, director de programa de la National Science Foundation, que tiene como objetivo llevar 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 '.

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