Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε μία μαύρη τρύπα ως πηγή πυρηνικής ενέργειας;

Δύο ερευνητές από το Tianjin University στην Κίνα, υποστηρίζουν πως μικροσκοπικές μαύρες τρύπες μπορούν θεωρητικά να χρησιμοποιηθούν ως πηγή ενέργειας. Οι υπολογισμοί τους βρήκαν πως αυτά τα υπερ-πυκνά αντικείμενα του σύμπαντος, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως επαναφορτιζόμενες μπαταρίες και ως πυρηνικοί αντιδραστήρες, παρέχοντας ενέργεια σε τάξη μεγέθους gigaelectronvolts.

Η ενέργεια που θα εξαχθεί δεν προέρχεται μέσα από τη μαύρη τρύπα αλλά από το όριό της, στο οποίο βρίσκονται οι μεγαλύτερες συγκεντρώσεις βαρύτητας που γνωρίζουμε στο σύμπαν.

Πέρα από τις μαύρες τρύπες που γνωρίζουμε, οι οποίες φτάνουν σε μέγεθος από πέντε φορές το μέγεθος του Ήλιου μας έως δεκάδες δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες, υπάρχει στη θεωρία και η ύπαρξη χωροταξικά μικροσκοπικών μαύρων τρυπών που φτάνει ακόμα και σε υποατομικό επίπεδο. Ενώ λοιπόν οι μεγάλες μαύρες τρύπες σχηματίζονται από την κατάρρευση τεράστιων άστρων, οι αρχέγονες μαύρες τρύπες νομίζουμε πως σχηματίστηκαν από υπερπυκνότητες στο αρχέγονο πλάσμα που γέμισε το σύμπαν μετά το Big Bang. Δε γνωρίζουμε ακόμα αν όντως υπάρχουν, αλλά αν υπάρχουν, ανοίγουν το δρόμο στη μελέτη της σκοτεινής ύλης.

Μία μπαταρία μετατρέπει μη-ηλεκτρική ενέργεια σε ηλεκτρική. Ένας πυρηνικός αντιδραστήρας εκμεταλλεύεται την κίνηση των σωματιδίων στις πυρηνικές αντιδράσεις για να παράγει ενέργεια. Μία μικροσκοπική μαύρη τρύπα, μπορεί θεωρητικά να κάνει και τα δύο.

Λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός πως οι μαύρες τρύπες έχουν μία ακραία ισχυρή βαρυτική δύναμη, εγείρεται ένα ενδιαφέρον ερώτημα. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε, τουλάχιστον θεωρητικά, αυτή τη βαρυτική δύναμη για να παράγουμε ηλεκτρισμό; Σε αυτό το paper προτείνουμε πως μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε μία μαύρη τρύπα Schwarzchild ως μία επαναφορτιζόμενη μπαταρία.

Το πρόβλημα με τις πολύ μικρές μαύρες τρύπες είναι η ακτινοβολία Hawking. Η μαύρη τρύπα χάνει μάζα εξαιτίας της αλληλεπίδρασης του ορίζοντα γεγονότων με τα κβαντικά πεδία που βρίσκονται κοντά της. Όσο μικρότερη είναι η μαύρη τρύπα, τόσο ταχύτερη είναι η απώλεια μάζας λόγω της ακτινοβολίας Hawking και έτσι μία πολύ μικρή μαύρη τρύπα θα εξαφανιστεί σχετικά γρήγορα.

Οι ερευνητές βρήκαν τη χρυσή τομή μέσω μαθηματικών. Αν τροφοδοτήσουμε και φορτίσουμε την αρχέγονη μαύρη τρύπα για να διατηρείται πάνω από ένα ορισμένο επίπεδο μάζας, θα μπορέσουμε να παράγουμε ηλεκτρική ενέργεια. Μία μαύρη τρύπα στο μέγεθος ενός ατόμου με μάζα μεταξύ 10¹⁵ και 10¹⁸ κιλών, θα μπορεί να παράγει ηλεκτρική ενέργεια όταν την τροφοδοτούμε με φορτισμένα σωματίδια. Στη μέγιστη λειτουργία, η μαύρη τρύπα θα μπορεί να μετατρέπει περίπου το 25% της μάζας που τροφοδοτούμε, σε ενέργεια. Αυτό σημαίνει απόδοση 25%, τη στιγμή που τα περισσότερα εμπορικά διαθέσιμα ηλιακά πάνελ έχουν βαθμό απόδοσης κάτω από 23%.

Η ομάδα διαπίστωσε επίσης πως η μαύρη τρύπα μπορεί να έχει την ίδια απόδοση με έναν πυρηνικό αντιδραστήρα. Οι εξισώσεις έδειξαν πως κοντά στη μαύρη τρύπα, το 25% της μάζας ενός alpha σωματιδίου που παράγεται από την ραδιενεργή διάσπαση μπορεί να μετατραπεί σε κινητική ενέργεια.

Φυσικά όλα αυτά είναι θεωρητικά και δεν υπάρχει τρόπος να το δοκιμάσουμε. Ακόμα κι αν επιβεβαιώναμε την ύπαρξη των αρχέγονων μαύρων τρυπών, δε θα μπορούσαμε να την ελέγξουμε. Η όλη έρευνα με το μοντέλο του αντιδραστήρα μαύρης τρύπας εξυπηρετεί την έρευνα για τη σκοτεινή ύλη, μία από τις πιο μυστηριώδεις μορφές ύλης του σύμπαντος.

Η έρευνα θα δημοσιευθεί στο Physical Review D και είναι προς το παρόν διαθέσιμη στο arXiv.