Crne rupe: budući izvori energije?

Svijet je već započeo tranziciju prema održivim izvorima energije, ali što ako možemo besplatno koristiti energiju iz svemira?

Održivi izvori energije igrat će veliku ulogu u budućnosti čovječanstva. Ako nastavimo živjeti kao dosad, mogli bismo potpuno uništiti planet. Znanstvenici razmatraju mnogo novih načina stvaranja energije za kućanstva i svakodnevni život. Jedna od najkontroverznijih ideja je konstrukcija i crpljenje energije iz crne rupe. Nakon izvjesnog vremena provedenog u istraživanju ove teme, predstavit ću svoju interpretaciju tog velikog pitanja – mogu li crne rupe biti budući izvori energije?

Noć obasjava tisuće zvijezda od kojih su neke 10 puta veće nego Sunce. Iza svake njihove zrake leži velika količina energije – puno veća od one koju proizvode nuklearna i fosilna goriva na Zemlji.

Paradoksalno, pravi energetski „prvaci“ svemira ostaju obavijeni tamom i misterijom.  Iako neki od njih imaju milijardu puta veću masu od zvijezda i mogu proizvesti pola energije našeg svemira, ove galaktičke „strance“ ne možemo vidjeti golim okom. Čak i sa najnaprednijom svemirskom opremom, jedva smo, prije nekoliko desetljeća, dokazali njihovo postojanje.

Radi se o crnim rupama – mjestima gdje je velika količina gravitacije sabijena u tako malom prostoru da ni svjetlost ne može pobjeći njenom stisku. Galaktički predatori mogu svojim gravitacijskim poljem razderati i progutati zvijezde i planete. Znanstvenici smatraju da čestice nestaju kada pređu granicu oko crne rupe poznatu kao „horizont događaja“.

Crne rupe su poznate po svojem destruktivnom utjecaju, ali…

Posljednjih nekoliko godina, istraživači su sve skloniji gledati crne rupe kao neostvarene prilike, a ne mračne prijetnje. Velika energija skrivena u crnim rupama mogla bi ih učiniti našim svemirskim elektranama ili čak motorima za buduće svjetlosne letjelice koje će putovati do susjednih galaksija.

No što mi zapravo znamo o crnim rupama? Prema najpopularnijoj teoriji, one nastaju nakon gravitacijskog raspada zvijezda koje su prethodno iscrpile svoje hidrogensko gorivo. U tom procesu, gravitacija gnječi zvijezdu, a milijarde tona materijala sabija se u nevjerojatno malu točku prostora. Postoje i crne rupe iz perioda Velikog praska kada je materija bila nešto kompaktnija nego danas.

Jednom kad se jave, crne rupe pohlepno privlače sve  k sebi, uključujući zrake svjetlosti. Teoretski, mogu varirati od 0,1 milimetra promjera i mase Mjeseca do milijuna kilometara promjera i mase milijardu puta veće od Sunca.

Gravitacija je glavni indikator prema kojem astronomi otkrivaju crne predatore u našem svemiru.  Njihovo prisutstvo savija svjetlost i može promijeniti kretanje zvijezda.

Dokaz postojanja crne rupe također je akrecijski disk. Radi se o vrtlogu vruče materije koji emitira tople mlazove plina dužine nekoliko tisuća svjetlosnih godina. Nagli prasci X i Gama zraka pomažu u otkrivanju lokacije crne rupe.

Kako crpiti energiju zaključanu u ovim gravitacijskim zvijerima?

Potencijal leži u ergosferi rotirajućih crnih rupa. To je prema teoriji relativnosti, elipsoid oko horizonta događaja u kojem se vrijeme i prostor međusobno pokreću i savijaju. Tamo se stvara takozvani akrecijski disk – plinovi, prašina etc. lete velikim brzinama i generiraju toplinu, elektromagnetsko polje i razne oblike zračenja.

Disk tako postaje velika elektrana čija se energija može pohranjivati u uređajima sličnim solarnim pločama. Engleski fizičar, Roger Penrose, vjeruje da se crne rupe mogu koristiti kao reciklažno odlagalište. Sav otpad bačen u njih bit će pretvoren u energiju.

Magnetsko polje crne rupe važan je faktor

Istraživači sa New Mexico-Los Alamos sveučilišta, razmatraju hipotezu koja tvrdi da akrecijski diskovi mogu funkcionirati kao veliki dinamo generatori. Prema Sterlingu Colgateu i njegovim kolegama iz Los Alamos laboratorija, disk se elektrizira u sudar s materijom stvarajući tako snažno magnetsko polje oko crne rupe.

U međuvremenu, zvijezde i druga nebeska tijela kruže oko ovog sistema. Znanstvenici smatraju da prilikom njihove kolizije, nastaje dinamo odnosno magnetsko polje okomito na akrecijski disk.

Na taj način, dosta magnetske energije istrgne se iz zagrljaja crne rupe. To su ogromne količine besplatne energije koje su mogu koristiti za bilo koji uređaj na Zemlji.  Drugim riječima, imamo pred sobom veliku priliku, ali trenutno nemamo svemirsku tehnologiju kojom bi ju ostvarili.

Crne rupe kao izvore energije prema Stephenu Hawkingu

Još jedan način ekstrakcije energije iz crnih rupa je pomoću Hawkingovog zračenja. Prvu hipotezu njegovog postojanja postavio je poznati fizičar Stephen Hawking 1974. po kojemu je fenomen dobio ime.

Stephen je odbacio klasičnu teoriju da zračenje ne može izmaći crnoj rupi. Koristeći kvantnu fiziku, Hawking je objasnio da gravitacija blizu horizonta događaja stvara parove čestica i antičestica.

Jedna čestica se apsorbira, a druga uspijeva pobjeći sili privlačenja i emitira se putem termalnog zračenja. Zanimljivo je da su male crne rupe najpogodnije za crpljenje Hawkingovog zračenja. U takvom slučaju, čestica veličine protona ima masu milijardi tona.

Citirajući Hawking, Michael White i John Gribbin objašnjavaju kako mini crna rupa emitira temperature preko 100 milijardi Celzijusa. Premala je da apsorbira toliku materiju i posljedično otpušta više energije nego što upije. Vremenom postaje sve toplija i naposljetku nestaje u spektakularnoj eksploziji.

Usprkos spomenutim perspektivama korištenja crnih rupa kao nepresušnih izvora energije, postoji nekoliko problema koji će ohladiti i najveće entuzijaste.

Problemi s ovom teorijom

Prvo, ne znamo točno kako funkcioniraju ovi fenomeni. Najbliža potencijalna crna rupa je dupla zvijezda V404 Cygni, udaljena od Zemlje oko 10 svjetlosnih godina.

U prijevodu, znači da trebamo proputovati najmanje 94 bilijuna kilometara da bi saznali radi li se stvarno o crnoj rupi koju možemo eksploatirati. Kako ćemo riješiti ovaj problem, s obzirom da nema crne rupe nigdje u blizini našeg planeta?

Vrlo jednostavno – sagradit ćemo crnu rupu u Velikom hadronskom sudarivaču (LHC-u). Prema fizičarima iz CERN-a, 27-kilometara dug tunel dizajniran je kako bi se pri velikoj brzini sudarale elementarne čestice. No, one nisu opasne po Zemlju i ne mogu se koristiti za emitiranje Hawkingovog zračenja duljeg od 10-26 sekundi.

Ako LHC može stvoriti crnu rupu, to znači da kozmičke zrake koje bombardiraju našu atmosferu milijardama godina s mnogo više energije, mogu učiniti isto. Činjenica da naš planet i dalje nije progutala crna rupa, nalaže da čak i ako postoje, mikro rupe nisu opasne. Kad bi LHC proizveo jednu stabilnu rupu, njeno ubrzanje bilo bi preveliko te bi ona u kratkom roku bi izletjela sa Zemlje.