(Goddard Space Flight Centre der NASA/Jeremy Schnittman) Seit Jahrzehnten ringen Wissenschaftler mit einem komplexen Rätsel der Physik: Könnten die immensen Energiemengen theoretisch durch Rotation erzeugt werden? Schwarze Löcher jemals von Menschenhand angezapft werden?
Wenn zukünftige Gesellschaften diese großartige Leistung irgendwie vollbringen könnten, wäre die Stromversorgung von weit entfernte galaktische Zivilisationen wäre scheinbar gesichert – und jetzt haben Wissenschaftler eine neue Erklärung dafür, wie eine solch exotische Gewinnung eines Tages möglich sein könnte.
„Schwarze Löcher sind üblicherweise von einer heißen ‚Suppe‘ aus Plasmateilchen umgeben, die ein Magnetfeld tragen“, erklärt Astrophysiker Luca Comisso von der Columbia University.
„Unsere Theorie zeigt, dass magnetische Feldlinien, wenn sie sich auf genau die richtige Weise trennen und wieder verbinden, Plasmateilchen auf negative Energien und große Mengen beschleunigen können.“ schwarzes Loch Energie gewonnen werden kann.'
Comissos neue Arbeit – Co-Autor des Physikers Felipe A. Asenjo von der Universidad Adolfo Ibáñez in Chile – bietet ein neues Prisma, um einen Blick darauf zu werfen, wie die Energiegewinnung aus einem rotierenden Schwarzen Loch funktionieren könnte.
Angesichts ihrer extremen Masse ist es nur natürlich anzunehmen, dass Schwarze Löcher auch eine extreme Menge an Energie enthalten. Leider ist alles auf dem Boden einer schlüpfrigen Raumzeitgrube eingeschlossen.
Unter Bedingungen, unter denen diese Masse rotiert, könnte es möglich sein, einen Zeh in diesen riesigen Energiepool einzutauchen, während die Hänge der Raumzeit entlanggezogen werden.
Der renommierte Physiker und Mathematiker Roger Penrose von der Universität Oxford schlägt eine geniale Methode vor. In dem, was als bekannt wurde Penrose-Prozess könnte theoretisch Energie aus der Region außerhalb des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs, dem so genannten, entnommen werden Ergosphäre , innerhalb dessen die Raumzeit durch die Auswirkungen der Rotation des Schwarzen Lochs verdreht wird.
Penroses Berechnungen legten nahe, dass, wenn sich ein Teilchen innerhalb der Ergosphäre in zwei Teile aufspaltet, wobei ein Teil in den Ereignishorizont fällt und der andere der Anziehungskraft des Schwarzen Lochs entkommt, die Energie, die das entweichende Objekt liefert, theoretisch, wenn auch praktisch unmöglich wäre.
Diese berühmte Idee war von Wissenschaftlern experimentell bestätigt in einem erst vor wenigen Monaten veröffentlichten Artikel, aber es ist nicht die einzige vorgeschlagene Möglichkeit, die Energie eines rotierenden Schwarzen Lochs zu nutzen.
Hawking-Strahlung , das auf quantenmechanischen Emissionen basiert, ist ein anderer Weg, ebenso wie das sogenannte Blandford-Znajek-Prozess , bei dem Energie elektromagnetisch über das Magnetfeld um ein Schwarzes Loch gewonnen werden könnte.
In der Analyse von Comisso und Asenjo spielt der Magnetismus ebenfalls eine zentrale Rolle – insbesondere wenn magnetische Feldlinien innerhalb der Ergosphäre aufbrechen und sich wieder verbinden –, aber er verändert auch einige Gedanken des Penrose-Prozesses.
Wenn es außerhalb des Ereignishorizonts zu magnetischen Wiederverbindungen kommt – der Spaltung von Plasmateilchen, die auf Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit in zwei verschiedene Richtungen beschleunigt werden –, könnte ein Plasmastrom in den Ereignishorizont fallen, während der andere entweicht.
Aus der Sicht des Schwarzen Lochs wäre das fallende Teilchen mit einer negativen Energiemenge durchdrungen. Von außerhalb des Schwarzen Lochs hätte das austretende Teilchen positive Energie, die genutzt werden könnte.
Mit dieser Methode könnten austretende Plasmaströme mit aufgestockter Energie theoretisch als praktisch unbegrenzte Quelle freier Energie dienen, solange das Schwarze Loch weiterhin Plasma mit negativer Energie verschluckt.
„Wir haben berechnet, dass der Prozess der Plasma-Energetisierung einen Wirkungsgrad von 150 Prozent erreichen kann, viel höher als bei jedem anderen Kraftwerk auf der Erde.“ Asenjo erklärt .
„Eine Effizienz von mehr als 100 Prozent ist möglich, weil Schwarze Löcher Energie abgeben, die kostenlos an das aus dem Schwarzen Loch austretende Plasma abgegeben wird.“
Auch wenn es vielleicht unwahrscheinlich ist, dass wir diese Energieerzeugung jemals in die Praxis umsetzen könnten, heißt das nicht, dass sie völlig nutzlos ist.
Aus astronomischer Sicht könnte das Phänomen die Ursache für die Flares von Schwarzen Löchern sein – eine enorme Freisetzung von Strahlungsenergie, die ungenutzt in den Weltraum gelangt.
„Im Gegensatz zum Blandford-Znajek-Prozess, bei dem die Extraktion von Rotationsenergie durch einen rein elektromagnetischen Mechanismus erfolgt, erfordert der hier beschriebene Energieextraktionsmechanismus eine Teilchenträgheit ungleich Null.“ die Autoren schreiben .
„Dieser Mechanismus unterscheidet sich auch vom ursprünglichen Penrose-Prozess, da die Dissipation magnetischer Energie erforderlich ist, um die Teilchen mit negativer Energie zu erzeugen.“ „Offensichtlich entziehen alle Mechanismen dem Schwarzen Loch Rotationsenergie, indem sie das Schwarze Loch mit negativer Energie und Drehimpuls versorgen.“
Über die Ergebnisse wird berichtet Körperliche Untersuchung D .