Límit de forats negres als voltants (i II)
1993/05/01 Arregi Bengoa, Jesus Iturria: Elhuyar aldizkaria
Com és lògic, l'estructura dels forats negres que estan girant (forats negres de Ker) és més complexa que la dels quals no tenen girs, per la qual cosa els fenòmens que poden produir-se al voltant de la frontera són també més singulars. En aquesta ocasió presentem una curiosa idea basada en aquesta peculiar estructura, una conjectura que ens introdueix gairebé en l'àmbit de la ciència-ficció: el procés de sostracció d'energia al forat negre.
Comencem, no obstant això, aclarint l'estructura dels forats negres de Ker i explicant posteriorment aquest procés. La figura 1 ens ajudarà en aquest treball. Com es pot observar, en el cas del forat negre amb gir, no trobem el punt singular de densitat infinita en el centre dels forats negres estàtics (forats negres de Scharzschill). La singularitat és ara un anell situat en el pla equatorial. Aquest anell, a més, no és la destinació inevitable de la matèria que cau al forat negre. És possible caminar pel forat negre sense caure a la singularitat, sobresortint fora del pla en el qual es troba o passant per l'anell.
Quant al límit del forat negre, la qual cosa fèiem en el cas del forat negre estàtic amb un sol límit denominat “horitzó d'esdeveniments”, ara ho explicarem a través de tres superfícies. La superfície que hem dibuixat en la figura 1 amb el nom de “horitzó exterior” és el veritable límit del forat negre giratori, és a dir, si caiem dins d'aquest, no es pot sortir cap a fora. L'horitzó interior és el límit de qualsevol senyal emès per la singularitat de l'anell, ja que no és possible la seva propagació exterior. Quin és, per tant, la peculiaritat del límit estàtic? En el forat negre de Schwarzschill, el límit dels successos no sols era el límit del forat negre, sinó també el límit que el temps exposat en el número anterior es congelava "".
En el forat negre de Ker aquest últim fenomen es produeix en el límit estàtic. Com veurem més endavant, aquesta distinció entre l'horitzó exterior i el límit estàtic és la que ens permet robar energia al forat negre. L'espai entre les dues superfícies esmentades es diu ergosfera. Però per a entendre com es pot fer l'extracció d'energia, hem de fer algunes observacions sobre la dinàmica dels forats negres.
Com és sabut, per a descriure completament el forat negre són suficients tres dades: massa, moment angular i càrrega. A cadascuna d'aquestes magnituds li correspon un tipus d'energia: la primera, la corresponent a la massa inerta, la segona, l'energia de gir corresponent al moment angular i finalment, l'energia elèctrica corresponent a la càrrega. D'altra banda, l'estat dinàmic del forat negre es pot expressar mitjançant dos paràmetres: la superfície del forat negre (la superfície de l'horitzó d'esdeveniments) i la gravetat superficial, és a dir, el valor de l'acceleració de la gravetat sobre l'horitzó d'esdeveniments. Si el forat negre sofreix qualsevol variació, per exemple per ingestió de més matèria, la seva nova massa i el seu moment angular poden calcular-se sota la funció de les dues magnituds citades.
Concretament, la superfície del forat negre està estretament lligada a la seva massa. Qualsevol transformació, al no poder extreure la matèria del forat negre, mai pot reduir-se la superfície del forat negre. Per tant, l'energia associada a la massa no pot sortir del forat negre en cap cas, però D. Christodolou va demostrar que els altres dos tipus d'energia són extraïbles. Des d'aquest punt de vista, des del forat de Schwarzshild, és a dir, sense gir ni càrrega, no es pot extreure cap energia, però sí des del forat negre giratori o amb càrrega. S'han inventat teories de procés per a treure tots dos tipus d'energia. En aquesta ocasió R. Explicarem el dissenyat per Penrose.
Bàsicament, el procés és el que es mostra en la Figura 2. Pensem que hem llançat un coet cap al forat negre i quan entra en l'ergosfera es divideix per la meitat. Si un dels fragments s'enfonsa al forat negre seguint una òrbita retrògrada, una òrbita contra la direcció de gir del forat negre, en entrar en el forat negre el seu moment angular disminueix. L'altra part pot tornar de l'ergosfera, amb més energia de la que tenia el coet inicial.
C. Mizner, K. Thorne i J. Wheeler podria aconseguir R. Van proposar una via d'aprofitament de la idea de Penrose. Les línies mestres d'aquest camí s'il·lustren en la figura 3. La plataforma que es pot veure en ella està bastant allunyada del forat negre perquè no es vegi afectada per les forces mareals. Es considera que en la plataforma existeix un polígon industrial amb l'amplària desitjada. Totes les escombraries i residus que es generin es recollirien en contenidors i es tirarien cap al forat negre des d'un lloc apropiat.
Una vegada que el contenidor entra dins de l'ergosfera s'obriria i les escombraries es dipositaria en una de les òrbites retrògrades esmentades anteriorment, i posteriorment es trauria de l'ergosfera, recuperant-se en un “port” adequat de la plataforma. Un generador afectat per l'energia cinètica dels contenidors donaria lloc a un fort proveïment del polígon. Per tant, totes les escombraries es destruiria sense cap efecte perjudicial i a canvi es recolliria el seu equivalent energètic i una altra quantitat robada al forat negre. La proposta és insostenible.
EFEMÈRIDES SOL: el 21 de maig entra en Bessons 1h 1min (UT).
PLANETES
|
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
