Úvodní strana  >  Články  >  Vzdálený vesmír  >  Černé díry jsou budoucí gigantický zdroj energie, tvrdí opavští astrofyzikové

Černé díry jsou budoucí gigantický zdroj energie, tvrdí opavští astrofyzikové

Z rotace černých děr by se dala těžit mimořádně velká energie
Autor: ESO, ESA/Hubble, M. Kornmesser

Astrofyzikální proGResy z Opavy: 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.

Tisková zpráva Fyzikálního ústavu Slezské univerzity v Opavě ze dne 16. února 2021

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 1055 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.

černá díra jako kosmická elektrárna

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.

účinnost až biliony procent

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.

Kontakty A DALŠÍ INFORMACE

Astrofyzikální proGResy z Opavy jsou komunikační platformou evropských projektů řešených na Fyzikálním ústavu Slezské univerzity v Opavě. Je zaměřená na komunikaci výsledků práce opavských astrofyziků a teoretických fyziků, zejména v oblasti teorie relativity a gravitace (velká písmena GR ve slově proGResy). Název je volně inspirován také workshopy RAGTime, které probíhají na Fyzikálním ústavu v Opavě déle než 20 let. Více informací na progresy.physics.cz.

Bc. Petr Horálek
PR výstupů evropských projektů FÚ SU v Opavě
Email: petr.horalek@slu.cz
Telefon: +420 732 826 853

RNDr. Martin Kološ, Ph.D.
Odborný asistent na Fyzikálním ústavu SU v Opavě
Email: martin.kolos@physics.slu.cz
Telefon: +420 553 684 395

RNDr. Arman Tursunov, Ph.D.
Odborný asistent na Fyzikálním ústavu SU v Opavě
Email: arman.tursunov@physics.slu.cz
Telefon: +420 553 684 286

prof. RNDr. Zdeněk Stuchlík, CSc.
Ředitel Fyzikálního ústavu SU v Opavě
Email: zdenek.stuchlik@physics.slu.cz

Mgr. Debora Lančová
Fyzikální ústav SU v Opavě
Email: debora.lancova@physics.slu.cz
Telefon: +420 776 072 756

doc. RNDr. Gabriel Török, Ph.D.
Garant evropského projektu HR Award
Email: gabriel.torok@physics.cz
Telefon: +420 737 928 755

 




O autorovi

Štítky: Černá díra


48. vesmírný týden 2021

48. vesmírný týden 2021

Přehled událostí na obloze a v kosmonautice od 29. 11. do 5. 12. 2021. Měsíc bude v novu a je vidět na ranní obloze, obtížně i s planetou Mars. Před svítáním bude nejlépe pozorovatelná poměrně jasná kometa C/2021 A1 (Leonard), která 3. 12. projde kolem kulové hvězdokupy M3. Večerní obloha nabízí pětici planet, tři z nich viditelné pouhým okem – Venuši, Jupiter a Saturn. Aktivita Slunce je nízká, ale mohli jsme pozorovat CME a Merkur. Na cestě k planetce je sonda DART. Země poskytla svou pohybovou energii sondě Solar Orbiter, která se kolem ní prosmýkla skrz nebezpečné zóny družic a trosek. Před 200 lety se narodil Wilhelm Tempel, jehož jméno nese řada komet.

Další informace »

Česká astrofotografie měsíce

IFN v souhvězdí Andromedy (11h 20min)

Titul Česká astrofotografie měsíce za říjen 2021 obdržel snímek „IFN v souhvězdí Andromedy", jehož autorem je Martin Vyhlídal     Souhvězdí Andromedy je pravděpodobně jednou z nejčastěji fotografovaných oblastí naší noční oblohy. Díky tomu, že se v něm nachází nejjasnější ze

Další informace »

Poslední čtenářská fotografie

Východní mlhovina Řasy

HaOIII paleta východní části mlhoviny Řasy 20x300s Ha (Baader 7nm) 28x300s OIII (Baader 6nm) Gain 1600, Offset 25, bin 1x1 QHY 294MM Pro, EQ6R, SW 200/800, ZWO EAF, Baader Ha, OIII

Další informace »