Tìm ra nơi hút năng lượng của người ngoài hành tinh

Anh minh họa.

Công nghệ thu năng lượng này có thể để lại dấu vết ngay bên ngoài chân trời sự kiện của lỗ đen đang quay - ranh giới mà bên ngoài lực hấp dẫn của lỗ đen trở nên quá mạnh để vật chất và năng lượng thoát ra ngoài.

Quá trình này có thể giải thích ít nhất một số tia sáng plasma mà các nhà khoa học đã phát hiện gần những sự gián đoạn lớn này trong thời gian và không gian.

Mặc dù hiện tại nó chỉ là một ý tưởng vì lỗ đen gần nhất được cho là cách chúng ta hơn 1.000 năm ánh sáng, quá xa để đạt được trong nhiều kiếp người, trừ khi các nhà vật lý thiên văn có thể tìm ra một phương pháp khai thác được năng lượng từ các lỗ đen. Các lỗ đen quay được cho có thể trở thành nguồn năng lượng gần như vô hạn cho một nền văn minh công nghệ tiên tiến.

Đồng tác giả của nghiên cứu, nhà vật lý thiên văn Luca Comisso của Đại học Columbia ở New York, cho biết bước tiếp theo sẽ là tìm ra năng lượng khai thác có chủ ý từ một lỗ đen.

Đây là lần thứ tư trong vòng 50 năm qua, một phương pháp mới để hút năng lượng từ một lỗ đen đang quay được đề xuất. Nổi tiếng nhất là một nghiên cứu năm 1969 của nhà vật lý nổi tiếng Roger Penrose, người đã đoạt giải Nobel vật lý năm 2020 cho công trình nghiên cứu về lỗ đen.

Nhà vật lý này đã đề xuất một cơ chế được gọi là quá trình Penrose, trong đó một hạt bị vỡ làm đôi ngay bên cạnh một lỗ đen quay với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Sau đó, một phần của hạt rơi qua một vùng hỗn loạn của không-thời gian ngay bên ngoài chân trời sự kiện của lỗ đen, trước khi rơi vào chính lỗ đen.

Comisso giải thích: "Bởi vì lỗ đen quay quá nhanh, nó kéo theo không-thời gian xung quanh như một cơn lốc".

Theo tính toán, các vật thể rơi vào khu vực này có thể mang năng lượng âm, điều mà không nơi nào khác trong vũ trụ có được. Comisso nói: "Đây là khu vực nhỏ duy nhất có thể xảy ra điều này".

Bởi vì việc thêm một hạt có năng lượng âm vào lỗ đen tương đương với việc chiết xuất năng lượng từ nó, nên người ngoài hành tinh có thể khai thác năng lượng của lỗ đen một cách hiệu quả bằng cách thu giữ phần hạt đã thoát ra khỏi lực hấp dẫn cường độ cao của lỗ đen.

Trong khi trong nghiên cứu ban đầu của mình, Penrose chỉ xem xét một hạt đơn lẻ tách làm hai, nhưng nghiên cứu mới nhất xem xét các plasma được tạo ra trong đĩa bồi tụ xung quanh một lỗ đen. Bởi vì plasma có số lượng hạt rất lớn, chúng có thể mang lại lượng năng lượng khổng lồ tương ứng.

Về lý thuyết, các lỗ đen cũng "bốc hơi" theo thời gian bằng cách phát ra bức xạ Hawking - một khái niệm cơ học lượng tử do nhà vật lý Stephen Hawking đề xuất - nhưng quá trình đó quá mờ nhạt nên chưa được phát hiện.

Comisso và đồng tác giả Felipe Asenjo, một nhà vật lý thiên văn tại Đại học Adolfo Ibáñez ở Santiago, Chile, gợi ý rằng các plasma để chiết xuất năng lượng từ một lỗ đen đang quay được tạo ra bởi các sự kiện được gọi là "tái kết nối từ trường" - nơi các đường sức từ cường độ cao quấn vào nhau, đứt và nối lại - ngay bên ngoài chân trời sự kiện của nó.

Comisso cho biết, sự kết nối lại từ tính thường được nhìn thấy trên bề mặt của các ngôi sao như Mặt trời của chúng ta, nơi chúng giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ dưới dạng các tia sáng plasma di chuyển theo các hướng ngược chiều nhau.

Trong khi các tia sáng plasma được tạo ra trên các ngôi sao rơi trở lại ngôi sao hoặc bay ra ngoài không gian, một tia plasma rơi xuống có thể thu được năng lượng âm, trong khi tia phản lực thoát ra tương ứng của nó thu được năng lượng bổ sung, hiệu quả từ chính lỗ đen.

Nghiên cứu mới này đã thách thức một lý thuyết năm 1977 về việc trích xuất năng lượng từ các lỗ đen do các nhà vật lý thiên văn Roger Blandford và Roman Znajek đề xuất. Họ gợi ý rằng các từ trường gần lỗ đen đang quay không kết nối lại mà thay vào đó tạo ra mômen động lượng bổ sung trong tia plasma thoát ra như một loại "momen điện từ".

Comisso cho biết cả lý thuyết mới và lý thuyết Blandford-Znajek hiện có thể được thử nghiệm để xác định xem lý thuyết nào là hiệu quả nhất để chiết xuất năng lượng từ một lỗ đen đang quay.

"Trong tương lai, sẽ có thể mô phỏng trên siêu máy tính với cả hai trường hợp và có thể có sự so sánh cụ thể hơn. Nhưng hiện tại, nó chưa rõ ràng", Comisso nói.