Límite de buracos negros nos arredores (e II)

1993/05/01 Arregi Bengoa, Jesus Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Astrofisika

Como é lóxico, a estrutura dos buracos negros que están a virar (buracos negros de Ker) é máis complexa que a dos que non teñen xiros, polo que os fenómenos que poden producirse ao redor da fronteira son tamén máis singulares. Nesta ocasión presentamos una curiosa idea baseada nesta peculiar estrutura, una conxectura que nos introduce case no ámbito da ciencia ficción: o proceso de subtracción de enerxía ao buraco negro.

Comezamos, con todo, aclarando a estrutura dos buracos negros de Ker e explicando posteriormente este proceso. A figura 1 axudaranos neste traballo. Como se pode observar, no caso do buraco negro con xiro, non atopamos o punto singular de densidade infinita no centro dos buracos negros estáticos (buracos negros de Scharzschill). A singularidade é agora un anel situado no plano ecuatorial. Este anel, ademais, non é o destino inevitable da materia que cae ao buraco negro. É posible camiñar polo buraco negro sen caer á singularidade, sobresaíndo fose do plano no que se atopa ou pasando polo anel.

En canto ao límite do buraco negro, o que faciamos no caso do buraco negro estático cun só límite denominado “horizonte de eventos”, agora explicarémolo a través de tres superficies. A superficie que debuxamos na figura 1 co nome de “horizonte exterior” é o verdadeiro límite do buraco negro giratorio, é dicir, si caemos dentro do mesmo, non se pode saír cara a fóra. O horizonte interior é o límite de calquera sinal emitido pola singularidade do anel, xa que non é posible a súa propagación exterior. Cal é, por tanto, a peculiaridade do límite estático? No buraco negro de Schwarzschill, o límite dos sucesos non só era o límite do buraco negro, senón tamén o límite de que o tempo exposto no número anterior conxelábase".

No buraco negro de Ker este último fenómeno prodúcese no límite estático. Como veremos máis adiante, esta distinción entre o horizonte exterior e o límite estático é a que nos permite roubar enerxía ao buraco negro. O espazo entre as dúas superficies mencionadas chámase ergosfera. Pero paira entender como se pode facer a extracción de enerxía, debemos facer algunhas observacións sobre a dinámica dos buracos negros.

Como é sabido, paira describir completamente o buraco negro son suficientes tres datos: masa, momento angular e carga. A cada una destas magnitudes correspóndelle un tipo de enerxía: a primeira, a correspondente á masa inerte, a segunda, a enerxía de xiro correspondente ao momento angular e finalmente, a enerxía eléctrica correspondente á carga. Por outra banda, o estado dinámico do buraco negro pódese expresar mediante dous parámetros: a superficie do buraco negro (a superficie do horizonte de eventos) e a gravidade superficial, é dicir, o valor da aceleración da gravidade sobre o horizonte de eventos. Se o buraco negro sofre calquera variación, por exemplo por inxestión de máis materia, a súa nova masa e o seu momento angular poden calcularse baixo a función das dúas magnitudes citadas.

Concretamente, a superficie do buraco negro está estreitamente ligada á súa masa. Calquera transformación, ao non poder extraer a materia do buraco negro, nunca pode reducirse a superficie do buraco negro. Por tanto, a enerxía asociada á masa non pode saír do buraco negro en ningún caso, pero D. Christodolou demostrou que os outros dous tipos de enerxía son extraíbles. Desde este punto de vista, desde o buraco de Schwarzshild, é dicir, sen xiro nin carga, non se pode extraer ningunha enerxía, pero si desde o buraco negro giratorio ou con carga. Inventáronse teorías de proceso paira sacar ambos os tipos de enerxía. Nesta ocasión R. Explicaremos o deseñado por Penrose.

Basicamente, o proceso é o que se mostra na Figura 2. Pensemos que lanzamos un foguete cara ao buraco negro e cando entra na ergosfera divídese pola metade. Se uno dos fragmentos se desmorona ao buraco negro seguindo una órbita retrógrada, una órbita contra a dirección de xiro do buraco negro, ao entrar no buraco negro o seu momento angular diminúe. A outra parte pode volver da ergosfera, con máis enerxía da que tiña o foguete inicial.

C. Mizner, K. Thorne e J. Wheeler podería conseguir R. Propuxeron una vía de aproveitamento da idea de Penrose. As liñas mestras deste camiño ilústranse na figura 3. A plataforma que se pode ver nela está bastante afastada do buraco negro para que non se vexa afectada as forzas mareales. Considérase que na plataforma existe un polígono industrial coa anchura desexada. Todos os lixos e residuos que se xeren recolleríanse en colectores e tiraríanse cara ao buraco negro desde un lugar apropiado.

Una vez que o colector entra dentro da ergosfera abriríase e o lixo depositaríase nunha das órbitas retrógradas mencionadas anteriormente, e posteriormente sacaríase da ergosfera, recuperándose nun “porto” adecuado da plataforma. Un xerador afectado pola enerxía cinética dos colectores daría lugar a un forte abastecemento do polígono. Por tanto, todo o lixo destruiríase sen ningún efecto prexudicial e a cambio recolleríase o seu equivalente enerxético e outra cantidade roubada ao buraco negro. A proposta é insustentable.

EFEMÉRIDES SOL: o 21 de maio entra en Xémini 1h 1min (UT). LÚA: LÚA CHEA CUARTO MENGUANTE LÚA NOVA CUARTO CRECENTE díahora (UT) 63 h 34 min 1312 h 20 min 2114 h 6 min 2818h 21min PLANETAS MERCURIO: este mes é moi difícil de ver porque o día 16 está en conxunción superior. VENUS: poderemos vela á mañá en mellores condicións, pero aínda temos pouco tempo antes de empezar a cubrir as luces do amencer. MARTITZ: está visible no ceo nada máis escurecerse. Desaparece nas proximidades de 1h 30min (UT) ao comezo do mes e a final de mes paira 0h (UT). JÚPITER: podemos velo atravesando o ceo durante toda a noite. Con todo, paira finais de mes comeza a esconderse antes de amencer. SATURNO: salgue na segunda metade da noite. Inicialmente cara ás 3h (UT), pero antes das 1h (UT) paira o final.