Een opmerkelijke voorspelling van Einsteins algemene relativiteitstheorie - de theorie die ruimte verbindt, tijd, en zwaartekracht - is dat roterende zwarte gaten enorme hoeveelheden energie hebben die kunnen worden afgetapt.

De laatste 50 jaar, wetenschappers hebben geprobeerd methoden te bedenken om deze kracht te ontketenen. Nobel-fysicus Roger Penrose theoretiseerde dat een desintegratie van deeltjes energie uit een zwart gat zou kunnen halen; Stephen Hawking stelde voor dat zwarte gaten energie kunnen vrijgeven door kwantummechanische emissie; terwijl Roger Blandford en Roman Znajek elektromagnetische torsie suggereerden als een belangrijk middel voor energiewinning.

Nutsvoorzieningen, in een studie gepubliceerd in het tijdschrift Fysieke beoordeling D , natuurkundigen Luca Comisso van Columbia University en Felipe Asenjo van Universidad Adolfo Ibanez in Chili, een nieuwe manier gevonden om energie uit zwarte gaten te halen door magnetische veldlijnen nabij de waarnemingshorizon te breken en weer samen te voegen, het punt van waaruit niets, niet eens licht, kunnen ontsnappen aan de aantrekkingskracht van het zwarte gat.

"Zwarte gaten worden gewoonlijk omringd door een hete 'soep' van plasmadeeltjes die een magnetisch veld dragen, " zei Luca Comissa, onderzoeker aan de Columbia University en eerste auteur van de studie.

"Onze theorie laat zien dat wanneer magnetische veldlijnen loskoppelen en opnieuw verbinden, op de juiste manier, ze kunnen plasmadeeltjes versnellen tot negatieve energieën en grote hoeveelheden zwarte gat-energie kunnen worden geëxtraheerd."

Deze bevinding zou astronomen in staat kunnen stellen de spin van zwarte gaten beter in te schatten, energie-emissies van zwart gat stimuleren, en zou zelfs een bron van energie kunnen zijn voor de behoeften van een geavanceerde beschaving, zei Comiso.

Comisso en Asenjo bouwden hun theorie op het uitgangspunt dat het opnieuw verbinden van magnetische velden plasmadeeltjes in twee verschillende richtingen versnelt. Eén plasmastroom wordt tegen de spin van het zwarte gat gedrukt, terwijl de andere in de richting van de spin wordt voortgestuwd en kan ontsnappen aan de klauwen van het zwarte gat, die kracht vrijgeeft als het plasma dat door het zwarte gat wordt ingeslikt negatieve energie heeft.

"Het is alsof iemand kan afvallen door snoep te eten met negatieve calorieën, " zei Comiso, die uitlegde dat een zwart gat in wezen energie verliest door het eten van negatieve energiedeeltjes. "Dit klinkt misschien raar, " hij zei, "maar het kan gebeuren in een regio die de ergosfeer wordt genoemd, waar het ruimtetijd continuüm zo snel roteert dat elk object in dezelfde richting draait als het zwarte gat."

Binnen de ergosfeer, magnetische herverbinding is zo extreem dat de plasmadeeltjes worden versneld tot snelheden die de lichtsnelheid benaderen.

Asenjo, hoogleraar natuurkunde aan de Universidad Adolfo Ibáñez en co-auteur van de studie, legde uit dat de hoge relatieve snelheid tussen opgevangen en ontsnappende plasmastromen ervoor zorgt dat het voorgestelde proces enorme hoeveelheden energie uit het zwarte gat kan halen.

"We hebben berekend dat het proces van plasma-activering een efficiëntie van 150 procent kan bereiken, veel hoger dan welke elektriciteitscentrale dan ook op aarde, Asenjo zei. "Het bereiken van een efficiëntie van meer dan 100 procent is mogelijk omdat zwarte gaten energie lekken, die gratis wordt weggegeven aan het plasma dat uit het zwarte gat ontsnapt."

Het proces van energiewinning dat Comisso en Asenjo voor ogen hebben, is mogelijk al actief in een groot aantal zwarte gaten. Dat is misschien de oorzaak van de uitbarstingen van zwarte gaten - krachtige uitbarstingen van straling die vanaf de aarde kunnen worden gedetecteerd.

"Onze toegenomen kennis over hoe magnetische herverbinding plaatsvindt in de buurt van het zwarte gat, kan cruciaal zijn voor onze interpretatie van huidige en toekomstige telescoopwaarnemingen van zwarte gaten, zoals die van de Event Horizon Telescope, ' zei Asenjo.

Hoewel het misschien klinkt als sciencefiction, het winnen van energie uit zwarte gaten zou het antwoord kunnen zijn op onze toekomstige energiebehoeften.

"Duizenden of miljoenen jaren vanaf nu, de mensheid zou kunnen overleven rond een zwart gat zonder energie van sterren te benutten, "Zei Comisso. "Het is in wezen een technologisch probleem. Als we naar de natuurkunde kijken, er is niets dat het verhindert."

De studie, Magnetische herverbinding als mechanisme voor energiewinning uit roterende zwarte gaten, werd gefinancierd door het Windows on the Universe-initiatief van de National Science Foundation, nasa, en Chili's Nationaal Fonds voor Wetenschappelijke en Technologische Ontwikkeling.

Vjatsjeslav (Slava) Loekin, een programmadirecteur bij NSF, zei dat de Stichting nieuwe theoretische inspanningen wil katalyseren op basis van grenswaarnemingen bij faciliteiten zoals de EHT, het samenbrengen van theoretische fysica en observationele astronomie onder één dak.

"We kijken uit naar de mogelijke vertaling van schijnbaar esoterische studies van astrofysica van zwarte gaten naar het praktische rijk, ' zei Lukin.

"De ideeën en concepten die in dit werk worden besproken, zijn werkelijk fascinerend, " zei Vyacheslav (Slava) Lukin, een programmadirecteur bij de National Science Foundation. Hij zei dat NSF nieuwe theoretische inspanningen wil katalyseren op basis van grenswaarnemingen, het samenbrengen van theoretische fysica en observationele astronomie onder één dak.

"We kijken uit naar de mogelijke vertaling van schijnbaar esoterische studies van astrofysica van zwarte gaten naar het praktische rijk, " hij voegde toe.