Les trous noirs rotatifs sont le phénomène le plus puissant de l'univers connu. Leur puissante gravité modifie radicalement la courbure de l'espace-temps autour d'eux, conduisant à des effets relativistes comme la dilatation temporelle, la distorsion légère et pour que la matière et les photons s'infligent autour d'eux, formant des disques d'accrétion. Dans le cas de trous noirs supermassifs (SMBHS) au centre des galaxies, ces disques sont accélérés pour près de la vitesse de la lumière et émettent un rayonnement puissant qui surpasse temporairement toutes les étoiles des disques.
En 1969, Sir Roger Penrose a théorisé que les civilisations avancées pourraient exploiter l'énergie rotationnelle des trous noirs comme source d'énergie. Jorge Pinochet, professeur de physique à l'Université métropolitaine des sciences de l'éducation (UMCE), a récemment analysé comment la théorie de Penrose pouvait être réalisée.
En termes simples, son article explore cette source potentielle d'énergie, l'efficacité du processus d'extraction d'énergie et certains des mécanismes qui pourraient permettre à une civilisation avancée de l'exploiter – ce qui pourrait inclure l'humanité un jour! L'étude est publiée sur le arxiv serveur de préimprimée.
Selon la métrique de Kerr et Kerr – Newman, deux résolutions proposées aux équations de terrain d'Einstein pour GR, tous les trous noirs sont censés tourner. Cette rotation provoque une matière infaillible directement au-delà de leur horizon d'événements (connu sous le nom d'ergosphère) à être « traîné » par eux. Cet effet s'applique même à l'espace-temps lui-même, un phénomène connu sous le nom de «traîner le trame» (aka l'effet de remontée de lame), qui, selon certains astronomes, est responsable des avions massifs qui ont parfois observé des émanes de leurs pôles.
Comme Pinochet l'a dit à l'univers aujourd'hui par e-mail, la rotation d'un trou noir peut produire de l'énergie avec une efficacité de dizaines de fois supérieure aux réactions thermonucléaires qui alimentent le soleil:
« Une particule à proximité d'un trou noir rotatif l'orbitera à une vitesse proche du maximum autorisé par les lois de la physique, la vitesse de la lumière dans un vide, qui a une valeur de 300 000 km / s. Mais le mouvement est la forme d'énergie la plus élémentaire. Comme nous apprenons à l'école, l'énergie associée à la vitesse est appelée énergie cinétique. Un trou noir transfère ensuite l'énergie kinetique rotationnelle à l'objet dans sa victime.
« Cette énergie peut être exploitée à bien des égards, tant que les objets qui sont balayés dans la rotation ne traversent pas le point de non-retour d'un trou noir, l'horizon soi-disant événement. Une fois qu'un objet pénètre dans l'horizon de l'événement, il est piégé à jamais par la puissante gravité du trou noir et que son énergie ne peut être utilisée. »
Dans son article d'origine, «l'effondrement gravitationnel: le rôle de la relativité générale», Penrose a proposé un mécanisme qui pourrait, en théorie, accélérer un vaisseau spatial à des vitesses relativistes (une fraction de la vitesse de la lumière), ce qui lui permet de traverser les systèmes étoiles en quelques années au lieu de siècles (ou plus). Cependant, le même processus pourrait également être utilisé comme source d'énergie par une civilisation suffisamment avancée.
Ceci est conforme aux théories dominantes sur les civilisations avancées et le niveau de développement technique qu'ils ont pu atteindre. L'exemple le plus connu est l'échelle de Kardashev, le schéma de classification proposé par Nikolai Kardashev en 1960. Conformément à ce schéma, une civilisation capable d'exploiter le pouvoir des trous noirs serait quelque part entre une civilisation de type II et de type III. De même, la capacité d'exploiter l'énergie des trous noirs en rotation est prédite par l'hypothèse de transcension, proposée par John M. Smart en 2012.
Cependant, comme Pinochet l'a exploré dans son article, la théorie originale n'est pas pratique car elle nécessiterait une vitesse, une précision et un timing extrêmement élevés. Une méthode beaucoup plus prometteuse, note-t-il, consiste à exploiter l'énergie libérée par les disques d'accrétion qui orbitent des trous noirs juste au-delà de leur horizon d'événement:
« La nature a trouvé un moyen plus pratique et viable d'extraire l'énergie des trous noirs rotatifs, en utilisant des quasars et microquasars dits. Nous parlons d'un quasar lorsque le phénomène se produit autour d'un trou noir supermassif, dont la masse typique se situe entre environ un million et dix milliards de masses solaires.
« Nous parlons d'un microquasar lorsque le phénomène se produit autour d'un trou noir stellaire, dont la masse varie entre environ 3 et 100 masses solaires. En plus du disque d'accrétion, ces phénomènes sont accompagnés de jets relativistes, qui sont des jets de particules qui se déplacent à des vitesses proches de la vitesse de la lumière. »
Ce processus, où les quasars et les microquasars sont exploités pour leur énergie, a été proposé en 1977 par les physiciens Roger Blandford et Roman Znajek. « En l'honneur de ses auteurs, ce processus est connu sous le nom de mécanisme BZ et est plus complexe que le processus de Penrose. »
Ce processus consiste à modifier le champ électromagnétique de l'ergosphère du trou noir, peut-être en utilisant un harnais magnétique. Comme l'ergosphère provoque la rotation de la magnétosphère à l'intérieur, le flux sortant de l'élan angulaire peut être utilisé pour extraire l'énergie du trou noir.
Cela représente une technologie potentielle que les enquêtes SETI pourraient être à la recherche dans les années à venir. Et comme Pinochet résumait, il n'est pas au-delà du domaine de la possibilité d'humanité un jour.
« Le premier à proposer l'utilisation de l'énergie des trous noirs rotatifs à des fins pratiques a été Penrose, mais en général, c'est un sujet qui n'a pas été beaucoup exploré, peut-être parce qu'il est trop éloigné de nos capacités technologiques actuelles », a-t-il déclaré.
« En tout cas, il n'est pas déraisonnable de penser que peut-être, dans un avenir très lointain, notre civilisation pourrait trouver dans les trous noirs rotatifs une solution propre et efficace aux problèmes énergétiques complexes auxquels nous devrons sûrement faire face en tant que société, à condition que nous puissions survivre à notre enfance technologique actuelle. »
