Buracos negros e o seu potencial energético

Buracos negros podem ser dos objetos mais misteriosos do Universo, mas curiosamente também são dos mais simples - isto é, só são definidos por 3 qualidades: massa, carga elétrica (não é importante, no entanto, pois todos os buracos negros são neutros) e spin (rotação sobre si próprio).

Neste artigo iremos explorar a qualidade de spin, e como esta poderá ser essencial numa sociedade humana super avançada.

Desde quando é que os buracos negros giram?

*Espero que a resposta a esta pergunta seja óbvia.

Em 1915, dois meses após a publicação da Teoria da Relatividade Geral de Einstein, um jovem astrofísico chamado Karl Schwarschild resolveu pela primeira vez as equações de Einstein de forma a prever um caso realista. Previu que um objeto com densidade suficiente poderia criar um "horizonte de eventos", uma fronteira a partir da qual nada, nem mesmo a luz consegue escapar. Estamos claro a falar do que hoje em dia chamamos de buraco negro.

No entanto Schwarchild previa um buraco negro sem spin - o que não faz sentido, pois uma vez que todas as estrelas rodam sobre si próprias faria todo o sentido que quando estas colapsassem num buraco negro a sua rotação fosse mantida (devido á lei de conservação de momento angular). Só em 1963 Roy Kerr conseguiu resolver as equações da relatividade geral de forma a prever um buraco negro com spin (porque é que demorou tanto tempo? Porque física é difícil).

Como assim um buraco negro roda?

Não faz sentido que a singularidade dentro do horizonte de eventos rode, pois física não parece trabalhar da mesma forma lá dentro que cá fora, nem faz sentido ser o horizonte de eventos a rodar, pois este é apenas uma ilusão; não algo físico como uma parede. Logo o que é que roda? O que roda é

o tecido espaço-tempo em si (*cabeça explode). Pode ser confuso a primeiro, mas faz sentido se pensarmos que também não é o buraco negro que exerce uma força sobre nós; a causa desta aparente força é sim a distorção espaço-tempo. Spin funciona da mesma forma.

ISCO, a última fronteira

*espero que tenham apanhado a referencia a Star Trek (sim, eu sou mesmo nerd).

Ao contrário da Terra, por exemplo, na qual a distância a qual um objeto descreve uma órbita é irrelevante, pois vai ser sempre estável (isto senão houvesse atmosfera, já que esta provoca atrito), num buraco negro não funciona assim: a certa altura é impossível ter uma órbita circular estável á volta de um. A esta órbita chama-se exatamente isso, "Órbita circular estável mais interna" (do inglês "Innermost Stable Circular Orbit, ISCO).

Para um buraco negro sem spin (que não existe, claro) a sua ISCO é 3 vezes o raio do seu horizonte de eventos. No entanto, quanto maior o seu spin, ou quão mais rápido este rodar sobre si próprio, menor vai ser o seu ISCO. Por causa disto crê-se que existe um spin máximo para um buraco negro, pois senão o houvesse a certa altura o ISCO de um buraco negro poderia ser menor que o seu raio, logo seria possível atravessar o horizonte de eventos e voltar para contar a história. Isto criaria uma "singularidade nua", algo que deixa os cientistas muito desconfortáveis.

Ergosfera, um bizarro local

Ergosfera é a região próxima e exterior ao horizonte de eventos de um buraco negro (com spin). Esta

zona tem um nome especial pois nesta zona tudo, mesmo a luz, tem de rodar á volta do buraco negro no mesmo sentido que o seu spin. A sua definição é algo similar á de horizonte de eventos e da mesma maneira que dentro do horizonte de eventos espaço e tempo trocam de lugares e tempo toma a direção para dentro do buraco negro (caso isto não vos soe familiar lê o artigo anterior aqui), na ergosfera tempo toma a direção do spin do buraco negro.

As bizarras aventuras na ergosfera

Logo, já sabemos que os buracos negros têm spin e que existe uma outra região estranha á volta do buraco negro. "Mas porque é que isso é importante?", podes estar a pensar. Bem a verdade é que, como a física em geral, nos próximos milénios este conhecimento não tem grande uso prático, para além de nos saciar a curiosidade de saber como é que o Universo funciona, claro. Mas um dia, quando os humanos forem criaturas inteligentes, e dominarmos toda esta galáxia, poderemos usar buracos negros para coisas espetaculares.

Nos anos 70 Roger Penrose, o lendário físico, propôs uma maneira de obtermos energia utilizando buracos negros. Ele propôs que se colocássemos um objeto relativamente massivo a orbitar um buraco negro na sua ergosfera e o dividisse-mos em 2 num momento tal em que metade vai para dentro do buraco negro e a outra é catapultada para fora. Desta forma trocamos massa, que enviamos para o buraco negro, por energia, na forma de energia cinética. Esta troca chega pode chegar a alcançar 42% de eficiência (isto é, 42% da massa do objeto que enviamos é transformada em energia. Como método de comparação a eficiência de energia nuclear é apenas 0.08% eficiente). Já agora, este processo chama-se "Processo Penrose".

Mas há um processo ainda mais eficiente, que consiste em rodear todo um buraco negro com painéis de vidro. Quando esta construção estiver completa apenas precisamos de disparar feixes de luz, que irão passar pela ergosfera e retirar alguma energia rotacional do buraco negro, amplificando a energia da luz. Este processo, chamado Dissipação Superradiente, poderia chegar aos 100% de eficiência.

A maior bomba de sempre

Só um bónus para terminar. Usando o método da dissipação superradiente poderíamos criar uma bomba tal que seria impossível ao homem fazer uma mais potente (a menos que usássemos enormes quantidades de antimatéria, assunto que será brevemente explorado neste mesmo blog). A bomba é altamente simples; tendo o buraco negro completamente rodeado por vidros, só precisamos de mandar para lá feixes de luz, mas nunca os retirar. O que acontece é que a luz vai ser amplificada exponencialmente até que BUM!

E pronto é isso.

Espero que tenham gostado, se sim digam alguma cena, se não deem uma critica construtiva. E caso não vos veja mais, bom dia, boa tarde e boa noite.