Περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες και εξωγήινοι πολιτισμοί τύπου ΙΙΙ. Aliens could be sucking energy from black holes. That may be how we'll find them.

Είναι δυνατός ο εντοπισμός εξωγήινου πολιτισμού που εξάγει ενέργεια από περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες; Aliens could be sucking power from black holes — and that could be how we'd spot the extraterrestrials, scientists say. (Image: © MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY via Getty Images)

Tο 1969 ο Roger Penrose (Νόμπελ Φυσικής 2020) πραγματοποίησε μια εξαιρετική ανακάλυψη. Βρήκε ότι μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα αποθηκεύει περιστροφική κινητική ενέργεια στο στροβιλισμό του χώρου γύρω της (Gravitational collapse: the role of general relativity). Επειδή ο στροβιλισμός του χώρου πραγματοποιείται έξω από τον ορίζοντα της τρύπας, η περιστροφική του ενέργεια διατίθεται προς κατανάλωση!

Η ανακάλυψη του Penrose ήταν εξαιρετική επειδή, όπως έδειξε αμέσως μετά ο (18χρονος τότε) Δημήτρης Χριστοδούλου (Reversible and Irreversible transformations in Black-Hole Physics), η περιστροφική ενέργεια της τρύπας ήταν τεράστια. Αν η μαύρη τρύπα περιστρέφεται με την μέγιστη δυνατή ταχύτητα, ο συντελεστής αποθήκευσης και απελευθέρωσης ενέργειας θα είναι 48 φορές μεγαλύτερος από τον συντελεστή απόδοσης της πλήρους πυρηνικής καύσης του Ήλιου.

Το ερώτημα που τίθεται είναι αν είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί αυτή η ενέργεια; Όχι βέβαια από τον γήινο ανθρώπινο «πολιτισμό», αλλά από προηγμένους εξωγήινους πολιτισμούς.

Κατανάλωση ενέργειας βάσει της κλίμακας Καρντάσεφ. Kardasev scale energy consumptions.

Σύμφωνα με τον Nikolai Kardashev οι πιθανοί προηγμένοι εξωγήινοι πολιτισμοί, μπορούν να καταταχθούν ανάλογα με την ενέργεια που καταναλώνουν, σε τρεις κατηγορίες:

Πολιτισμός τύπου Ι: είναι ο πολιτισμός που ελέγχει όλες τις πλανητικές μορφές ενέργειας. Μπορεί να χρησιμοποιήσει όλη την ηλιακή ενέργεια που φτάνει στον πλανήτη του, ελέγχει την θερμοκρασία του πλανήτη, τα έντονα καιρικά φαινόμενα, τη σεισμική και την ηφαιστειακή δραστηριότητα.

Πολιτισμός τύπου ΙΙ: είναι αυτός που αφού εξάντλησε τους πόρους του πλανήτη του, κατάφερε να ελέγχει και να καταναλώνει όλη την παραγόμενη ενέργεια ενός άστρου (σαν τον ήλιο μας).

Πολιτισμός τύπου ΙΙΙ: είναι ο πολιτισμός ο οποίος αφού έχει εξαντλήσει την ενέργεια ολόκληρου του πλανητικού του συστήματος, έχει αποικίσει τον γαλαξία του και μπορεί να ελέγχει την ενέργεια σε γαλαξιακό επίπεδο.

Schematic illustration of the mechanism of energy extraction from a rotating black hole by magnetic reconnection in the black hole ergosphere. A configuration with antiparallel magnetic field lines adjacent to the equatorial plane is favored by the frame-dragging effect of the rapidly spinning black hole (panels (a) and (b) portray meridional and equatorial views, respectively), and the resulting equatorial current sheet is prone to fast plasmoid-mediated magnetic reconnection (see circular structures in the zoomed-in region). Magnetic reconnection in the plasma that rotates in the equatorial plane extracts black hole energy if the decelerated plasma that is swallowed by the black hole has negative energy as viewed from infinity, while the accelerated plasma with a component in the same direction of the black hole rotation escapes to infinity. The outer boundary (static limit) of the ergosphere is indicated by the short-dashed lines in both panels. In panel (b), long-dashed and solid lines indicate magnetic field lines below and above of the equatorial plane, respectively. Finally, the dashed lines in the zoomed region indicate the two magnetic reconnection separatrices intersecting at the dominant magnetic reconnection X-point. Image credit: Comisso & Asenjo, doi: 10.1103/PhysRevD.103.023014.

Αν είναι δυνατή η άντληση ενέργειας από τις μαύρες τρύπες, τότε ένας πολιτισμός τύπου ΙΙΙ (εφόσον υπάρχει), μάλλον θα το έχει πετύχει. Κι αν αυτό συμβαίνει ήδη, τότε μια τέτοια τεχνολογία άντλησης ενέργειας θα μπορούσε να αφήνει ίχνη έξω από τον ορίζοντα των γεγονότων μιας περιστρεφόμενης μαύρης τρύπας – το όριο πέρα ​​από το οποίο η βαρύτητα μιας μαύρης τρύπας γίνεται τόσο ισχυρή ώστε να είναι αδύνατη η διαφυγή ύλης και ενέργειας από την έλξη της μαύρης τρύπας. Σε μια τέτοια διαδικασία θα μπορούσαν να οφείλονται κάποιες εκρήξεις πλάσματος, μια θερμή μορφή φορτισμένου αερίου, στο περιβάλλον των μαύρων τρυπών.

Αυτό το σενάριο ενισχύεται από μια πρόσφατη δημοσίευση των Luca Comisso and Felipe A. Asenjo στο περιοδικό Physical Review D με τίτλο: ‘Magnetic reconnection as a mechanism for energy extraction from rotating black holes‘.

Spinning black holes store rotational energy that can be extracted; when a black hole is immersed in an externally supplied magnetic field, reconnection of magnetic field lines within the ergosphere can generate negative energy particles that fall into the black hole event horizon while the other accelerated particles escape stealing energy from the black hole. In a paper published in the journal Physical Review D, a duo of researchers from the United States and Chile shows analytically that energy extraction via magnetic reconnection is possible when the black hole spin is high and the plasma is strongly magnetized. Rotational energy can be extracted from spinning black holes through magnetic reconnection. Image credit: Sci-News.com.

Οι περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες θα μπορούσαν να γίνουν μια σχεδόν απεριόριστη πηγή ενέργειας για έναν προηγμένο πολιτισμό τύπου ΙΙΙ. Σύμφωνα με τον Luca Comisso το επόμενο βήμα θα είναι να κατανοήσουμε πως θα φαίνεται σε απομακρυσμένους παρατηρητές μια τέτοια άντληση ενέργειας από μια μαύρη τρύπα. Και κάτι τέτοιο είναι πιθανό να μας επιτρέψει να εντοπίσουμε προηγμένους εξωγήινους πολιτισμούς.

Πηγές: Luca Comisso and Felipe A. Asenjo. Magnetic reconnection as a mechanism for energy extraction from rotating black holes. Phys. Rev. D, 2021 DOI: 10.1103/PhysRevD.103.023014 - https://www.livescience.com/aliens-suck-black-hole-energy.html - http://www.sci-news.com/astronomy/rotational-energy-extraction-black-holes-09263.html - https://physicsgg.me/2021/01/27/