Credit: (c) NASA/JPL-Caltech/DSS
Credit: (c) NASA/JPL-Caltech/DSS

Černé díry jsou budoucí gigantický zdroj energie

Ačkoliv futuristické, nikoliv fyzikálně nereálné: Největším zásobníkem k těžbě čisté energie ve vesmíru by mohly být supermasivní černé díry, které se nacházejí ve středu galaxií. Jak známo, ze samotných černých děr sice neunikne ani světlo, ale v těsném okolí těchto mimořádně hmotných kosmických těles by se energie dala těžit díky jejich rotaci. Na tuto možnost se zaměřili ve svém vědeckém výzkumu i astrofyzikové z Fyzikálního ústavu Slezské univerzity v Opavě – Martin Kološ, Arman Tursunov a Zdeněk Stuchlík.

Současné znalosti fyzikálních vlastností černých děr jasně dokládají, že se tyto objekty otáčejí okolo své osy velmi rychle a jsou tak rezervoárem značného množství tzv. rotační energie. U typické supermasivní černé díry (o hmotnosti přibližně miliard hmotností Slunce) mluvíme o energii přibližně 10 na 55 Joulů, což je sto bilionkrát (tedy o 14 řádů!) více než kolik energie je v daném okamžiku potřeba na celé zeměkouli! Opavští vědci nyní předpokládají, že tuto energii z okolí černé díry lze extrahovat, tzv. magnetickým Penroseovým procesem.

Již v roce 1969 zjistil britský fyzik Roger Penrose, čerstvý nositel Nobelovy ceny za fyziku, že v okolí rotující černé díry se dá získat obrovské množství energie díky jevu známému jako „strhávání časoprostoru“. Tento jev nastává i v okolí Země, ale v porovnání se supermasivní černou dírou je prakticky zanedbatelný. V roce 1977 fyzici Roger Blandford a Roman Znajek přišli s teorií, že energii může poskytnout rotující černá díra v magnetickém poli. Linie magnetického pole se vlivem strhávání časoprostoru zkroutí a vytvoří efektivní elektrický náboj. Jak se náboj vybíjí, rotační energie černé díry se extrahuje ven.

Pozdější studie ukázaly, že jde o vysoce účinný proces, s účinností přesahující 100 % (!) i pro velmi slabá magnetická pole. Jak výpočetní technika pokročila, vědci vložili své komplikovanější modely do výkonnějších počítačů a výsledky potvrdily možnost extrahovat energii v okolí černých děr s účinností mnohem vyšší než 100 %. V našem případě je účinnost vztažená ke klidové energii částice (např. proton), jež je urychlována. Což, jak známo například v urychlovačích v CERNu, může přesáhnout magickou hranici 100 % opravdu mnohonásobně. Pochopitelně tedy nejde o „perpetuum mobile“ vytvářející energii z ničeho. Energie je částici dodávána na úkor rotační energie černé díry, jež je tímto procesem odčerpávána a rotace černé díry adekvátně zpomalena. Magnetické pole má roli katalyzátoru umožňujícího odčerpání rotační energie. Magnetizované supermasivní černé díry tedy fungují jako gigantické urychlovače částic.

S jakou účinností přesně by se taková energie dala vytěžit, se zabývali vědci ze Slezské univerzity v Opavě. V sérii prací, které byly publikovány například v prestižním vědeckém časopise Astrophysical Journal, tvrdí, že extrakce energie z černé díry funguje ve třech základních režimech účinnosti: nízký, střední a ultra. V nízkém režimu se účinnost extrakce energie shoduje s účinností původního Penroseova procesu, přičemž dosahuje maximálně pouze 21 %. V mírném režimu se uvažuje předpoklad Brandforda a Znajeka a účinnost je již několik set procent. Ultraefektivní režim těžby energie může podle opavských fyziků nastat u typických supermasivních černých děr (Super-Massive Black Hole – SMBH). U nich lze přesáhnout stovky bilionů procent účinnosti. Za typickou SMBH si autoři představují černou díru, kterou lze najít ve středech většiny galaxií. Má hmotnost miliard hmotností Slunce a je obklopena magnetickým polem přibližně 10-100 tisíckrát silnějším než na povrchu Země. Třetí režim by mohl být v budoucnu klíčovým procesem těžby rotační energie černé díry a napájení zdrojů vysoké energie nebo napájením pohonů kosmických lodí. Něco jako „kosmická čerpací stanice“.

Navrhovaný proces přímo souvisí s různými vysoce energetickými jevy, které dnes vědci zkoumají ve zmíněné laboratoři CERN. Rozpad částic v blízkosti horizontu událostí supermasivní černé díry může přirozenou cestou překročit hodnoty energie dosažené v Large Hadron Colider, nejsilnějším urychlovači částic na Zemi, více než deset milionkrát! Pokud by se to v budoucnu podařilo ke zdroji energie v okolí černých děr „napojit“, měli bychom přístup k alternativnímu zdroji energie nepoměrně překonávajícího všechny možnosti dosavadních zdrojů.

Pokud odhlédneme od přímých aplikací, které jsou jistě velmi futuristické, publikované práce přispívají i k detailnějšímu poznání procesů v těsné blízkosti SMBH a ukazují, že tyto objekty nemusejí být až tak energeticky uzavřenými systémy, za jaké byly doposud obecně považovány.

Video: Rozhovor s Armanem Tursunovem: Černé díry jsou budoucí gigantický zdroj energie

tisková zpráva Astrofyzikální ProGResy z Opavy

3D modely srdcí zvyšují úspěšnost operací

Fakulta biomedicínského inženýrství Českého vysokého učení technického v Praze (FBMI), konkrétně její vědci Dr. Ondřej …

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Používáme soubory cookies pro přizpůsobení obsahu webu a sledování návštěvnosti. Data o používání webu sdílíme s našimi partnery pro cílení reklamy a analýzu návštěvnosti. Více informací

The cookie settings on this website are set to "allow cookies" to give you the best browsing experience possible. If you continue to use this website without changing your cookie settings or you click "Accept" below then you are consenting to this.

Close