Campi Magnetici

Si scopre che *puoi* ottenere qualcosa da un buco nero... ma non è facile

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Una delle caratteristiche distintive di un buco nero è che nulla può uscirne. Ecco perché sono chiamati così; sono come un pozzo infinitamente profondo, e nemmeno la luce può sfuggire. UN buco quello è Nero .

Ma, come tante idee nella scienza, quando guardi più da vicino, quell'affermazione assoluta diventa un po 'relativa . Voi potere ottenere qualcosa da un buco nero: energia. E, si scopre, puoi ottenere molto. Come un quantità Un sacco.

È uscito un nuovo documento che mostra come i campi magnetici possono essere utilizzati per estrarre enormi quantità di energia da un buco nero , e può alimentare alcuni fenomeni astrofisici che vediamo intorno a loro. Non è esattamente facile, e non è che sarai in grado di caricare il telefono o riscaldare la tua casa con questa tecnica (più come se li vaporizzassi fino alle loro particelle subatomiche costituenti che verrebbero quindi accelerate verso l'esterno molto vicino al velocità della luce*), ma è comunque estremamente interessante.



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Un buco nero in qualche modo può essere descritto semplicemente : Prendi un oggetto con massa e comprimelo così tanto che la sua velocità di fuga diventa la velocità della luce. Quando ciò accade, tutto ciò che si avvicina troppo viene trascinato dentro. Niente può sfuggire.

Puoi effettivamente descriverli usando la semplice vecchia fisica regolare (newtoniana), ma per ottenere la storia completa devi usare la teoria della relatività generale di Einstein. La matematica diventa veloce e anche i concetti si complicano. Ma quando applichi GR, scopri che un buco nero, qualunque buco nero, può essere completamente caratterizzato usando solo tre cose: la sua massa, il suo spin e la sua carica elettrica.

Un buco nero classico ha solo una massa, sta lì a deformare spazio e tempo, e molte delle cose importanti che fa dipendono dalla sua massa. Ma può anche ruotare in molti modi, proprio come un pianeta, una cima o una stella. Infatti, molti (se non la maggior parte) gira molto vicino alla velocità della luce .

Una versione annotata di una simulazione di un buco nero spiega le varie parti di questo bizzarro oggetto. Credito: Goddard Space Flight Center della NASA/Jeremy SchnittmanIngrandire

Una versione annotata di una simulazione di un buco nero spiega le varie parti di questo bizzarro oggetto. Credito: Goddard Space Flight Center della NASA/Jeremy Schnittman

C'è un'altra cosa molto strana che i buchi neri possono fare: mentre girano, trascinano il tessuto dello spaziotempo intorno a loro come un frullato attorno alla lama di un frullatore. Questo è chiamato trascinamento del frame (o più tecnicamente, il Effetto Lente-Thirring ) e ha alcuni strani effetti collaterali. Ad esempio, se sei dentro una regione intorno al buco nero chiamata l'ergosfera , non puoi letteralmente stare fermo; all'interno di quel volume lo spazio stesso viene tirato nella direzione della rotazione, quindi giri intorno al buco nero che tu lo voglia o no. È come essere attaccati a un tapis roulant circolare. Intorno e intorno a te.

Ma questa è la chiave per ottenere energia. Ci vuole energia per far girare un oggetto, energia che può essere rilasciata rallentandolo, e un buco nero rotante ha un quantità di energia. Ma come diavolo fai - beh, come nell'Universo - lo fai?

Buco nero con disco di accrescimento e gettiIngrandire

Concezione artistica di un buco nero con materiale che vortica intorno ad esso in un disco di accrescimento, e anche un getto di materia che esplode via da esso. Credito: NASA/JPL-Caltech

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Ci sono molti modi, in teoria, ma uno che non è stato sondato molto dai teorici fino ad ora è quello che viene chiamato riconnessione magnetica .

Il gas molto caldo può essere così energico che gli elettroni vengono strappati via dai loro atomi, e lo chiamiamo a plasma . Quando le particelle cariche nel plasma si muovono, creano un campo magnetico che può diventare molto intenso. Le linee del campo magnetico (come si vede nei diagrammi dei magneti a barra) possono essere molto forti e questo dà loro tensione - pensalo come piegare il filo di un pianoforte; devi applicare molta forza per tenerlo piegato. Se lasci andare, AFFRETTATO!

Il plasma in orbita attorno a un buco nero può avere campi magnetici ridicolmente forti. Mentre il plasma si muove, anche le linee del campo magnetico possono avvolgersi, aggrovigliarsi e spezzarsi. Quando lo fanno, rilasciano energia. Un modo per farlo è accelerare le particelle subatomiche intorno a loro, a volte a velocità vicine a quella della luce. I brillamenti solari sulla superficie del Sole vengono creati in questo modo , quindi è un effetto reale.

È qui che le cose si fanno strane (sì, certo, so che stai pensando; questo dov'è).

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Le particelle vengono create dall'energia e spazzate via a coppie. Se le cose sono allineate nel modo giusto, una di quelle particelle urla nella direzione in cui sta ruotando il buco nero e l'altra nella direzione opposta. Se questo accade all'interno dell'ergosfera, quella che si muove nella stessa direzione della rotazione uscirà, fuggendo nello spazio. L'altro, andando contro la rotazione, cadrà dentro. Ma, poiché si stava muovendo nella direzione opposta alla rotazione, questo in effetti rallenta il buco nero .

Il rallentamento del buco nero significa che rilascia energia, che viene portato via dalla particella che sfugge . Dal tuo punto di vista, stando (bene) fuori dal buco nero, vedi solo le particelle che escono fuori a una velocità prossima a quella della luce e il buco nero che rallenta un po'.

In altre parole, l'energia è stata estratta dal buco nero.

Opera d'arte di un buco nero mentre fa a pezzi una stella, creando un vorticoso disco di accrescimento di materiale attorno ad esso ed emettendo enormi fasci di materia avvolti dal suo campo magnetico. Credito: Aurore Simonnet e Goddard Space Flight Center della NASAIngrandire

Opera d'arte di un buco nero mentre fa a pezzi una stella, creando un vorticoso disco di accrescimento di materiale attorno ad esso ed emettendo enormi fasci di materia avvolti dal suo campo magnetico. Credito: Aurore Simonnet e il Goddard Space Flight Center della NASA

Nel documento gli scienziati calcolano che l'efficienza energetica è del 150%, il che significa che ottieni letteralmente più energia di quanta ne immetti. Sembra impossibile, ma ricorda che stai attingendo a una fonte di energia che esiste già, la rotazione del buco nero. Quindi l'energia non viene creata dal nulla.

Questo processo può generare grandi quantità di energia. Ora, intendiamoci, in quella forma - un campo di radiazioni di particelle subatomiche abbastanza forte da cuocerti abbastanza a fondo - l'energia non è terribilmente utile per noi umani. Forse tra migliaia di anni saremo in una fase tecnologica in cui possiamo arrivare a un buco nero e usare quell'energia, ma per ora è un po' oltre noi.

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Ma non la natura. Quando osserviamo i buchi neri, specialmente quelli al centro delle galassie attive, li vediamo brillare di energia. Non è del tutto chiaro perché; un'idea è che il materiale dal disco di materia intorno a loro cada bruscamente, facendo esplodere potenti esplosioni di energia. Ma è possibile che la riconnessione magnetica in quel plasma stia accelerando le particelle in quantità enormi fino a raggiungere solo un pelo la velocità della luce. Se è così, allora la natura sta facendo ciò che noi stessi non possiamo: ottenere qualcosa da un buco nero. Ed è molto, dal momento che i brillamenti visti nelle galassie attive possono essere facilmente milioni di volte più luminoso del Sole.

Ora, potresti non voler stare troppo vicino a una fonte del genere. Ma se c'è un modo per attingere (e immagazzinare!)

Un giorno. Ci sono alcuni problemi tecnici da risolvere prima. Ma posso immaginare, in futuro, ogni casa che verrà con un buco nero quantico rotante che non solo fornisce tutto il tuo fabbisogno energetico, ma, se usato nel modo gravitazionale della vecchia scuola, sarebbe anche un buon tritarifiuti.


* Il che, come è stato notato, è male; sebbene non sia stato dimostrato che il problema dell'inversione protonica totale raggiunga il livello di significatività statistica ( Spengler et al., 1985 ).



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