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Eis como extrair energia da rotação de um buraco negro

Por| Editado por Luciana Zaramela | 30 de Janeiro de 2024 às 19h10

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NASA/Goddard Space Flight Center
NASA/Goddard Space Flight Center

Será que poderíamos extrair energia da rotação de um buraco negro e seus imensos efeitos gravitacionais? Teoricamente sim, principalmente se estivéssemos em um universo negativo. Embora meramente hipotética, a proposta publicada recentemente pode ajudar na compreensão de algumas propriedades reais do universo.

Buracos negros são objetos de maior poder gravitacional do cosmos, o que os torna ótimas ferramentas de estudos teóricos sobre teorias como a Relatividade Geral de Albert Einstein. Mas os cientistas também gostam de explorar o reino das hipóteses matemáticas difíceis de serem observadas no universo real.

Processo Penrose

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O processo Penrose (teorizado por pelo físico Roger Penrose) é uma dessas ideias estranhas sobre buracos negros. Segundo o físico, as partículas podem extrair energia da rotação dos buracos negros até que estes deixem de girar, tornando-se estacionários.

No processo, uma cerca quantidade de matéria entra em uma região do buraco negro bem próxima do horizonte de eventos, chamada ergosfera. Uma vez ali, a matéria é dividida em duas partes, cujos movimentos acelerados pela gravidade do buraco negro resultam em algumas possíveis consequências.

Uma das possibilidades é que uma das partes seja ejetada para fora do buraco negro rumo ao espaço, enquanto a outra cai no horizonte de eventos — o ponto de onde nada, nem mesmo a luz, pode retornar. Esse processo leva a uma diminuição no momento angular do buraco negro, isto é, em sua força rotacional.

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Essa redução não pode ocorrer sem nenhuma implicação, graças à lei da conservação de movimento. Se o buraco negro perdeu parte de sua força rotacional, ela deve ser transferida para outro lugar, que neste caso é a porção da matéria ejetada. Em outras palavras, houve uma transferência de energia: o momento angular perdido pelo buraco negro corresponde à energia extraída pela matéria.

Extração de energia do buraco negro

O processo Penrose é conhecido desde a década de 1970, mas os autores do novo estudo queriam saber se alguma teoria matemática permitiria extrair ainda mais energia do buraco negro.

Para isso, eles usaram condições iniciais meramente hipotéticas: um buraco negro eletricamente carregado e um universo regido por uma constante cosmológica negativa. Nesse universo "irreal”, usa-se algo conhecido como espaço anti-de Sitter no lugar do espaço de Sitter, que descreve um universo em expansão.

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Embora essas condições não correspondam com o universo que observamos, elas são muito usadas para explorar os limites da Relatividade Geral de Albert Einstein. Nesse cenário “e se”, os autores do estudo analisam como extrair energia através do decaimento de partículas.

Usando alguns truques matemáticos, eles mostraram que as partículas podem ser refletidas para frente e para trás perto do horizonte de eventos, ganhando energia do buraco negro até decaírem como energia utilizável. A estrutura do espaço-tempo funcionaria como uma espécie de câmara de confinamento, permitindo coleta de energia maior que aquela obtida no processo Penrose.

O estudo, ainda aguardando revisão de pares, não tenta encontrar meios reais de extrair energia de buracos negros — o processo Penrose já faz isso e funciona no universo real. Mas os cientistas acreditam que tais “exercícios” ajudam a descobrir mais sobre a natureza fundamental do espaço e do tempo.

Fonte: arXiv.org, via: Universe Today