Estrarre energia da un buco nero

È possibile, in teoria, estrarre energia da un buco nero?
Federico Pignalberi
24 aprile 2005
La conservazione dell'energia è uno dei principi fondamentali della fisica; esso si applica a ogni sistema fisico e quindi anche ai buchi neri. Se un corpo che collassa per formare un buco nero è inizialmente dotato di momento angolare intrinseco, cioè ruota su se stesso, allora la sua energia rotazionale non solo concorre a definire la massa del buco nero ma anche a dotare il suo campo gravitazionale di momento angolare intrinseco esso stesso. Il risultato di ciò è che il campo gravitazionale acquista la proprietà di trascinare tutte le cose nel senso della rotazione della sorgente primaria come fosse un mezzo viscoso; questo fenomeno è detto di "trascinamento gravitazionale".

Un buco nero ruotante può perdere energia rotazionale mediante la cattura di massa dotata di momento angolare opposto al proprio per cui il buco nero "rallenta" nella sua rotazione. Tuttavia questo processo da solo non è molto efficace perchè il buco nero ingoia in media tanta materia con momento angolare discorde con quello del buco nero quanta con momento angolare concorde per cui il bilancio nel momento angolare si mantiene pressocché inalterato.

Tuttavia ogni elemento di materia che cade nel buco nero contribuisce non solo al suo momento angolare in senso positivo e negativo come già detto ma anche e in senso positivo alla sua massa-energia la quale in generale aumenta più di quanto non diminuisca a causa di una diminuzione del momento angolare. Un processo più efficace e noto come processo di Penrose, consente l'estrazione di energia da parte di un buco nero ruotante mediante la cattura di materia con energia totale negativa come valutato da un osservatore lontano. La formazione di materia con energia totale negativa è possibile solo vicino a un buco nero ruotante e la comparsa di tale meteria si accompagna con la produzione di materia con energia positiva più grande di quella che caratterizzava il sistema in cui si è verificato tale processo. Un esempio ovvio è quello di una particella che si avvicina al buco nero con una certa energia iniziale positiva; quindi tale particella decade in due particelle di cui una ha energia negativa che cade nel buco nero e l'altra ha una energia positiva più grande, per la legge di conservazione, di quella iniziale prima del decadimento. Tale particella può allontanarsi dal buco nero portanto con sè più energia di quanta ne avesse inizialmente. Questo eccesso di energia è a scapito dell'energia rotazionale del buco nero. Anche questo processo non è molto efficace per cui la fonte primaria di energia in vicinanza di un buco nero rimane la perdita di energia potenziale gravitazionale da parte di materia in accrescimento.

Fernando De Felice Dipartimento di Fisica, Università di Padova

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