Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Các nhà vật lý đã tìm ra một phương pháp mới để chiết xuất năng lượng từ các lỗ đen bằng cách phá vỡ và nối lại các đường sức từ gần chân trời sự kiện.
Một dự đoán đáng chú ý về thuyết tương đối rộng của Einstein – lý thuyết kết nối không gian, thời gian và lực hấp dẫn – là các lỗ đen quay có sẵn một lượng năng lượng khổng lồ để khai thác.
Trong 50 năm qua, các nhà khoa học đã cố gắng đưa ra các phương pháp để giải phóng sức mạnh này. Nhà vật lý Nobel Roger Penrose đã đưa ra giả thuyết rằng sự phân hủy hạt có thể hút năng lượng từ một lỗ đen; Stephen Hawking đề xuất rằng các lỗ đen có thể giải phóng năng lượng thông qua phát xạ cơ lượng tử; trong khi Roger Blandford và Roman Znajek đề xuất mô-men xoắn điện từ là tác nhân chính khai thác năng lượng.
Giờ đây, trong một nghiên cứu được công bố trên tạp chí Physical Review D , các nhà vật lý Luca Comisso từ Đại học Columbia và Felipe Asenjo từ Đại học Adolfo Ibanez ở Chile, đã tìm ra một phương pháp mới để trích xuất năng lượng từ các lỗ đen bằng cách phá vỡ và nối lại các đường sức từ gần chân trời sự kiện, điểm mà từ đó không gì, thậm chí là ánh sáng, có thể thoát khỏi lực hút của lỗ đen.
Luca Comisso, nhà khoa học nghiên cứu tại Đại học Columbia và là tác giả đầu tiên của nghiên cứu cho biết: “Các lỗ đen thường được bao quanh bởi một ‘súp’ nóng gồm các hạt plasma mang từ trường.”
“Lý thuyết của chúng tôi cho thấy rằng khi các đường sức từ trường ngắt kết nối và kết nối lại, theo đúng cách, chúng có thể tăng tốc các hạt plasma đến năng lượng âm và có thể chiết xuất một lượng lớn năng lượng lỗ đen.”
Phát hiện này có thể cho phép các nhà thiên văn ước tính tốt hơn vòng quay của lỗ đen, thúc đẩy phát thải năng lượng lỗ đen và thậm chí có thể cung cấp nguồn năng lượng cho nhu cầu của một nền văn minh tiên tiến.
Comisso và Asenjo đã xây dựng lý thuyết của họ trên tiền đề rằng việc kết nối lại từ trường sẽ làm tăng tốc các hạt plasma theo hai hướng khác nhau. Một luồng plasma bị đẩy theo hướng quay của lỗ đen, trong khi luồng kia được đẩy theo hướng quay và có thể thoát ra khỏi nanh vuốt của lỗ đen, sẽ giải phóng sức mạnh nếu plasma bị lỗ đen nuốt phải có năng lượng âm.
Comisso, người giải thích rằng về cơ bản một lỗ đen mất năng lượng bằng cách ăn các hạt năng lượng âm cho biết: “Nó giống như một người có thể giảm cân bằng cách ăn kẹo chứa calo tiêu cực. “Điều này nghe có vẻ kỳ lạ nhưng nó có thể xảy ra trong một khu vực được gọi là ergosphere, nơi liên tục không thời gian quay nhanh đến mức mọi vật thể đều quay cùng chiều với lỗ đen.”
Bên trong ergosphere, sự tái kết nối từ tính là cực đoan đến mức các hạt plasma được gia tốc với vận tốc gần bằng tốc độ ánh sáng.
Asenjo, giáo sư vật lý tại Đại học Adolfo Ibáñez và đồng tác giả của nghiên cứu, giải thích rằng vận tốc tương đối cao giữa các dòng plasma bị bắt và thoát ra là điều cho phép quy trình được đề xuất trích xuất một lượng lớn năng lượng từ lỗ đen.
Asenjo cho biết: “Chúng tôi tính toán rằng quá trình cung cấp năng lượng từ plasma có thể đạt hiệu suất 150%, cao hơn nhiều so với bất kỳ nhà máy điện nào đang hoạt động trên Trái đất. “Có thể đạt được hiệu suất lớn hơn 100% vì lỗ đen rò rỉ năng lượng, năng lượng này được cung cấp miễn phí cho plasma thoát ra khỏi lỗ đen.”
Quá trình khai thác năng lượng do Comisso và Asenjo hình dung có thể đã hoạt động trong một số lượng lớn các lỗ đen. Đó có thể là nguyên nhân dẫn đến bùng phát lỗ đen – những vụ nổ bức xạ mạnh có thể được phát hiện từ Trái đất.
Asenjo nói: “Kiến thức gia tăng của chúng tôi về cách tái kết nối từ tính xảy ra trong vùng lân cận của lỗ đen có thể rất quan trọng trong việc hướng dẫn chúng ta giải thích các quan sát bằng kính thiên văn hiện tại và tương lai về các lỗ đen, chẳng hạn như các quan sát của Kính viễn vọng Chân trời Sự kiện”.
Mặc dù nghe có vẻ giống như khoa học viễn tưởng, nhưng năng lượng khai thác từ các lỗ đen có thể là câu trả lời cho nhu cầu năng lượng trong tương lai của chúng ta.
Hàng nghìn hoặc hàng triệu năm nữa, nhân loại có thể tồn tại xung quanh một lỗ đen mà không cần khai thác năng lượng từ các ngôi sao. Về cơ bản nó là một vấn đề công nghệ. Nếu chúng ta nhìn vào vật lý, không có gì ngăn cản nó.
Nghiên cứu kết nối lại từ tính như một cơ chế khai thác năng lượng từ các lỗ đen đang được tài trợ bởi sáng kiến Windows on the Universe của Quỹ Khoa học Quốc gia, NASA và Quỹ Quốc gia về Phát triển Khoa học và Công nghệ Chile.
Vyacheslav (Slava) Lukin, giám đốc chương trình tại NSF, cho biết Quỹ nhằm mục đích xúc tác những nỗ lực lý thuyết mới dựa trên các quan sát biên giới tại các cơ sở như EHT, mang vật lý lý thuyết và thiên văn quan sát về một mái nhà.
Lukin cho biết thêm: “Chúng tôi mong đợi bản dịch tiềm năng của các nghiên cứu có vẻ bí truyền về vật lý thiên văn lỗ đen sang lĩnh vực thực tế. Những ý tưởng và khái niệm được thảo luận trong công trình này thực sự hấp dẫn.”
Nguồn truyện:
Tài liệu do Đại học Columbia cung cấp . Bản gốc do Carla Cantor viết. Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa về kiểu dáng và độ dài.
Tham khảo Tạp chí :