Một số lỗ đen không thể tiêu hóa hết mọi bữa ăn của chúng. Và điều đó có thể cho phép chúng ta thu hoạch được năng lượng từ chỗ thức ăn thừa.
Các lỗ đen - được tạo ra từ các ngôi sao lớn đến mức không còn có thể chống lại sụp đổ hấp dẫn - có thể không hoàn toàn là đường một chiều. Đúng là ngay cả ánh sáng khi tới quá gần cũng không thể thoát khỏi chúng nhưng điều đó không ngăn cản các nhà khoa học cân nhắc một số lý thuyết về các hiện tượng khác có thể cho phép các lỗ đen “rò rỉ” năng lượng vào vũ trụ.
Các cơ chế này bao gồm từ việc các cặp hạt tách ra tại chân trời sự kiện của lỗ đen đến các tia bức xạ mạnh và các vụ nổ giải phóng năng lượng từ đĩa bồi tụ xung quanh lỗ đen, được thúc đẩy bởi từ trường giống như từ trường quanh lỗ đen siêu nặng ở thiên hà M87 mà gần đây được xác nhận. Trong một nghiên cứu gần đây, được công bố ngày 13 tháng 1 trên tạp chí Physical Review D, các nhà nghiên cứu đã gợi ý rằng sự kết hợp của cả hiện tượng hạt và từ có thể giúp đẩy năng lượng ra khỏi các lỗ đen quay.
Một lỗ đen quay, hay còn gọi là lỗ đen Kerr, kéo theo cấu trúc không-thời gian của nó - một hiện tượng gọi là kéo khung mà trong đó, khu vực bị kéo mạnh nhất được gọi là mặt cầu hoạt động (ergosphere), nằm ngay biên ngoài của chân trời sự kiện. Đây là khu vực không thể thiếu trong tất cả các lý thuyết về cách mà chúng ta có thể hút lấy năng lượng từ một lỗ đen.
Felipe Asenjo, một nhà vật lý tại Đại học Adolfo Ibáñez ở Chile và đồng tác giả của nghiên cứu, nói với Astronomy: “Ba quá trình xem xét tính chất vật lý giống nhau: sử dụng mặt cầu hoạt động như một cách để chiết xuất năng lượng bằng cách giảm vòng quay của lỗ đen. Chúng tôi đã nghiên cứu một mô hình để trích xuất năng lượng từ một lỗ đen bằng cách sử dụng sự tái kết nối từ tính tương đối tính có thể xảy ra bên trong khu vực plasma của khí quyển lỗ đen”. Nhưng như bạn có thể tưởng tượng, bầu khí quyển của lỗ đen là một nơi phức tạp. Và việc tìm ra chính xác cách có thể để năng lượng thoát khỏi những con thú hung bạo và mạnh mẽ nhất trong vũ trụ này không phải là một nhiệm vụ dễ dàng.
Những cách phân tách hạt
Vào những năm 1960, nhà vật lý người Anh và là người đoạt giải Nobel, Roger Penrose đã suy nghĩ về cách mà các lỗ đen có thể được sử dụng như một nguồn năng lượng. Năm 1971, Penrose hợp tác với nhà vật lý đồng nghiệp là RM Floyd để xuất bản một bài báo đưa ra mô hình khai thác năng lượng đầu tiên từ lỗ đen.
Luca Comisso, nhà vật lý tại Đại học Columbia, đồng tác giả của nghiên cứu mới cho biết: “Quá trình khai thác năng lượng do Penrose đề xuất dựa trên sự kiện tách hạt. Đầu tiên, hạt bị tách thành hai phần. Sau đó, một phần kết thúc theo quỹ đạo rơi vào lỗ đen với năng lượng âm, còn phần kia thì thoát ra bên ngoài".
Nói cách khác, hạt thoát mang theo động lượng ra khỏi lỗ đen, làm giảm tốc độ quay của nó. Và nếu quá trình này tiếp tục không suy giảm, rất có thể một lỗ đen Kerr cuối cùng có thể trở thành một lỗ đen không quay, hay còn gọi là lỗ đen Schwarzchild.
Tuy nhiên, có một thứ mà cơ chế khai thác năng lượng phân tách hạt được gọi là quá trình Penrose này bị thiếu đó là: “Quá trình Penrose hoàn toàn là cơ học. Nó không tạo ra từ trường hoặc điện trường. Điều này có nghĩa là cần phải có một cơ chế khác để giải thích các tác động của từ trường và điện trường của lỗ đen, có thể giúp giải thích một số hiện tượng mạnh mẽ nhất trong toàn bộ vũ trụ” – Comisso cho biết.
Một cơ chế khác có thể khai thác năng lượng từ các lỗ đen được đưa ra vào năm 1977 bởi Roger Blandford và Roman Znajek.
Quá trình Blanford-Znajek liên quan đến các từ trường được khuấy động dữ dội bên trong đĩa bồi tụ của lỗ đen dần dần đẩy vật chất lên trên bề mặt. Hai nhà khoa học này đã mô tả cách mà mô-men động lượng của một lỗ đen Kerr có thể bị phá hủy bởi các từ trường liên quan đến đĩa bồi tụ của nó. Họ tin rằng điều này khiến đĩa bồi tụ phun ra các tia bức xạ mạnh, từ đó chiết xuất năng lượng quay của lỗ đen.
Kết hợp tốt nhất?
Cơ chế mới của Comisso và Asenjo là sự kết hợp của hai quá trình trước đó, cho thấy sự hợp nhất của hiện tượng hạt (Penrose) và từ tính (Blanford-Znajek) để giải phóng năng lượng từ các lỗ đen. Các từ trường mạnh bị phá vỡ dữ dội khi không-thời gian bị kéo theo vòng quay của lỗ đen. Và khi các từ trường này kết nối lại, các hạt được phóng mạnh vào không gian, mang theo năng lượng giống như quá trình Penrose.
Comisso nói: “Một lượng lớn năng lượng có thể được chiết xuất bằng quy trình lai giữa hai cơ chế này, có thể hoạt động với hiệu suất vượt quá 100%. Kết quả là, quá trình này cũng tạo ra sự quay ngược của lỗ đen và có khả năng làm phát sinh các tia bức xạ mạnh. Tôi nghĩ rằng nếu cơ chế mà chúng tôi đã đề xuất tồn tại cùng với cơ chế Penrose và Blandford-Znajek, thì lỗ đen sẽ thực sự bị mất năng lượng do sự kết hợp của các quá trình này”.
Minh Phương
Theo Astronomy.com
