Sí, se puede obtener energía de un agujero negro

Un agujero negro es uno de los objetos de la naturaleza más extraños que existen. Curvan el espacio y el tiempo formando una singularidad en la realidad misma. En ellos el tiempo se comporta de una forma extraña y, además, nada puede escapar de él si se cae dentro. Uno puede entender que, al atravesar cierta región del agujero llamado horizonte de eventos, el espacio y el tiempo se intercambian. Como no es posible moverse hacia el pasado, el destino irremediable es seguir avanzando hacia adentro del agujero.

Por eso es extraño pensar que es posible extraer energía de un agujero negro, pero en realidad sí se puede. Eso sí, no puede ser de cualquier agujero. Debe ser de un agujero negro que rote. Cuando esto ocurre, hay una zona llamada “ergosfera”, donde todo es arrastrado por la rotación. Esta zona está fuera del horizonte de eventos, por lo tanto, en esa zona usted sería irremediablemente arrastrado por la rotación del agujero, pero sin caer dentro de él.

Hace varios años atrás, el físico Roger Penrose descubrió algo extraordinario: que se puede robar energía a los agujeros negros. Imagine una partícula (una molécula, un átomo, un auto, lo que sea) moviéndose en la ergosfera de un agujero negro rotante.

Esta partícula tendrá cierta energía debido a que tiene masa y a que se mueve con cierta velocidad. De repente se divide en dos partes. No importa por qué se dividió o el tamaño de las partes. Supongamos que una cae al agujero, mientras que la otra escapa (recuerde que están en la ergosfera y, por lo tanto, aún se puede escapar del agujero).

Mediante la relatividad general es posible demostrar que, aunque el pedazo que cae tiene una energía positiva, para un observador que está muy lejos del agujero parecerá que la energía del pedazo se volvió negativa al caer dentro del agujero. Aquí es donde se manifiesta lo asombroso. La energía total debe conservarse, entonces, si el pedazo que cae adquiere energía negativa, ¡el que escapa tendrá una energía mayor a la de la partícula completa!

Imagine ahora que pudiéramos enviar un objeto que se destruya en dos partes en la ergosfera, para luego recolectar el pedazo que escapó y así aprovechar esa energía extra que adquirió. Sería como usar al agujero como una gran fuente de energía.

No hay nada raro detrás de este proceso. La energía extra del pedazo que escapa viene de la rotación del agujero negro, que disminuye la velocidad con la que rota a medida que los pedazos con gran energía escapan. Como la rotación del agujero es la rotación del espacio y del tiempo, entonces la energía robada por las partículas que escapan viene directamente de la curvatura del espacio y del tiempo.

Funciona, pero poco

Todo esto suena muy bien. Pero, lamentablemente, el proceso de Penrose permite extraer muy poca energía de un agujero negro. ¿Cómo obtener más? Junto a Luca Comisso, de la Universidad de Columbia en Nueva York, quisimos responder esto.

Usualmente los agujeros negros gigantes están rodeados de un tipo de materia llamado plasma. Esto es un estado de la materia que está ionizada y muy caliente, y que gira de forma turbulenta y poderosa alrededor de agujeros negros rotantes, a medida que se precipitan dentro de ellos.

Estos plasmas se encuentran en estructuras llamadas discos de acreción, que giran alrededor de los agujeros negros. En estos discos, el plasma gira interactuando al mismo tiempo con campos electromagnéticos, de forma que se producen fenómenos muy energéticos. Uno de estos fenómenos es la reconexión magnética, que es (para no ahondar en más detalles) la transferencia de energía electromagnética a energía de movimiento del plasma.

¿Es posible que la reconexión magnética dentro de estos plasmas permita extraer grandes cantidades de energía del agujero negro? La respuesta es sí. Cuando ocurre un proceso de reconexión magnética, dos grandes chorros de plasma son creados moviéndose a grandes velocidades en direcciones opuestas. En vez de pensar en el proceso de Penrose con dos pedazos de una partícula, pensemos ahora que tenemos estos dos gigantescos chorros de plasmas en la ergosfera, donde uno de ellos cae dentro del agujero, mientras que el otro escapa.

En el trabajo que realizamos demostramos que, cuando esto ocurre, las cantidades de energía que adquiere el chorro de plasma que escapa son enormes, mayor a lo que el proceso de Penrose puede producir. Hemos calculado que a través de la reconexión magnética el proceso de obtención de energía alcanza una eficiencia mayor a lo que se produce en cualquier planta de energía en la Tierra. Creemos que este proceso tiene grandes posibilidades de afectar lo que ocurre en escenarios astrofísicos. Podría llegar a complementar la explicación de los grandes jets de materia que se observan saliendo de grandes agujeros negros.

Así que sí se puede extraer energía de un agujero negro, y no poca. Por ahora, es necesario hacer más investigaciones para demostrar la robustez de este posible nuevo fenómeno. Eventualmente podremos probar si este fenómeno pertenece a la familia de grandes eventos astrofísicos que ocurren en la naturaleza. Si en algún futuro lejano tuviéramos la tecnología adecuada, podríamos incluso usar los agujeros negros como una fuente de energía casi ilimitada para poder construir un nuevo tipo de civilización.

Felipe Arnoldo Asenjo Zapata, Profesor de Física, Universidad Adolfo Ibáñez

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.