Pourrait-on exploiter l’énergie des trous noirs ?

Une prédiction remarquable de la théorie de la relativité générale d’Einstein – la théorie qui relie l’espace, le temps et la gravité – est que les trous noirs en rotation ont d’énormes quantités d’énergie disponibles à exploiter.

Au cours des 50 dernières années, les scientifiques ont essayé de trouver des méthodes pour libérer cette énergie. Le prix Nobel de physique Roger Penrose a théorisé qu’une désintégration de particules pouvait tirer de l’énergie d’un trou noir ; Stephen Hawking a proposé que les trous noirs puissent libérer de l’énergie par émission mécanique quantique ; tandis que Roger Blandford et Roman Znajek ont suggéré le couple électromagnétique comme principal agent d’extraction d’énergie.

Dans une étude publiée dans la revue Physical Review D, les physiciens Luca Comisso de l’université de Columbia et Felipe Asenjo de l’université Adolfo Ibanez au Chili ont trouvé une nouvelle façon d’extraire l’énergie des trous noirs en brisant et en rejoignant les lignes de champ magnétique près de l’horizon des événements, le point à partir duquel rien, pas même la lumière, ne peut échapper à l’attraction gravitationnelle du trou noir.

Les trous noirs sont généralement entourés d’une “soupe” chaude de particules de plasma qui transportent un champ magnétique”, a déclaré Luca Comisso, chercheur à l’université de Columbia et premier auteur de l’étude.

“Notre théorie montre que lorsque les lignes de champ magnétique se déconnectent et se reconnectent, de la bonne manière, elles peuvent accélérer les particules de plasma jusqu’à des énergies négatives et de grandes quantités d’énergie du trou noir peuvent être extraites”.

Cette découverte pourrait permettre aux astronomes de mieux estimer la rotation des trous noirs, d’entraîner les émissions d’énergie des trous noirs, et pourrait même fournir une source d’énergie pour les besoins d’une civilisation avancée, a déclaré M. Comisso.

Comisso et Asenjo ont construit leur théorie sur le principe que la reconnexion des champs magnétiques accélère les particules de plasma dans deux directions différentes. Un flux de plasma est poussé contre la rotation du trou noir, tandis que l’autre est propulsé dans la direction de la rotation et peut échapper aux embrayages du trou noir, qui libère de l’énergie si le plasma avalé par le trou noir a une énergie négative.

“C’est comme si une personne pouvait perdre du poids en mangeant des bonbons à calories négatives”, a déclaré M. Comisso, qui a expliqué qu’essentiellement un trou noir perd de l’énergie en mangeant des particules à énergie négative. “Cela peut sembler bizarre”, a-t-il dit, “mais cela peut se produire dans une région appelée l’ergosphère, où le continuum espace-temps tourne si vite que chaque objet tourne dans la même direction que le trou noir”.

À l’intérieur de l’ergosphère, la reconnexion magnétique est si extrême que les particules de plasma sont accélérées à des vitesses approchant celle de la lumière.

Asenjo, professeur de physique à l’université Adolfo Ibánez et co-auteur de l’étude, a expliqué que la vitesse relative élevée entre les flux de plasma capturés et ceux qui s’échappent est ce qui permet au processus proposé d’extraire des quantités massives d’énergie du trou noir.

“Nous avons calculé que le processus d’énergisation du plasma peut atteindre une efficacité de 150 %, bien plus élevée que celle de toute centrale électrique fonctionnant sur Terre”, a déclaré M. Asenjo. “Atteindre une efficacité supérieure à 100 % est possible parce que les trous noirs laissent échapper de l’énergie, qui est donnée gratuitement au plasma qui s’échappe du trou noir”.

Le processus d’extraction de l’énergie envisagé par Comisso et Asenjo pourrait déjà fonctionner dans un grand nombre de trous noirs. C’est peut-être ce qui provoque les éruptions de trous noirs – de puissants éclats de rayonnement qui peuvent être détectés depuis la Terre.

“Notre connaissance accrue de la façon dont la reconnexion magnétique se produit à proximité du trou noir pourrait être cruciale pour guider notre interprétation des observations actuelles et futures des trous noirs au télescope, comme celles du Event Horizon Telescope”, a déclaré Asenjo.

Bien que cela puisse sembler relever de la science-fiction, l’extraction de l’énergie des trous noirs pourrait être la réponse à nos besoins futurs en énergie.

“Dans des milliers ou des millions d’années, l’humanité pourrait être capable de survivre autour d’un trou noir sans exploiter l’énergie des étoiles”, a déclaré M. Comisso. “Il s’agit essentiellement d’un problème technologique. Si nous regardons la physique, il n’y a rien qui l’empêche”.

L’étude, intitulée “La reconnexion magnétique comme mécanisme d’extraction de l’énergie des trous noirs en rotation”, a été financée par l’initiative “Windows on the Universe” de la Fondation nationale des sciences, la NASA, et le Fonds national pour le développement scientifique et technologique du Chili.

Vyacheslav (Slava) Lukin, directeur de programme à la NSF, a déclaré que la Fondation vise à catalyser de nouveaux efforts théoriques basés sur des observations aux frontières dans des installations telles que l’EHT, en réunissant sous un même toit la physique théorique et les observations astronomiques.

“Nous attendons avec impatience la traduction potentielle des études apparemment ésotériques de l’astrophysique des trous noirs dans le domaine pratique”, a déclaré M. Lukin.

“Les idées et les concepts abordés dans cet ouvrage sont vraiment fascinants”, a déclaré Vyacheslav (Slava) Lukin, directeur de programme à la Fondation nationale des sciences. Il a ajouté que la NSF vise à catalyser de nouveaux efforts théoriques basés sur des observations aux frontières, en réunissant sous un même toit la physique théorique et l’astronomie d’observation.

“Nous attendons avec impatience la traduction potentielle des études apparemment ésotériques de l’astrophysique des trous noirs dans le domaine pratique”, a-t-il ajouté.

Sources: Phys.org, Le nouvel ordre mondial, 15 janvier 2021 – Traduction par Astro Univers