Les trous noirs en rotation stockent de l’énergie de rotation qui peut être extraite. Lorsqu’un trou noir est immergé dans un champ magnétique externe, la reconnexion des lignes de champ magnétique au sein de l’ergosphère peut générer des particules d’énergie négative qui tombent dans l’horizon des événements du trou noir tandis que les autres particules accélérées s’échappent en volant l’énergie du trou noir. Dans un article publié dans la revue Physical Review Dun duo de chercheurs des États-Unis et du Chili montre de manière analytique que l’extraction d’énergie par reconnexion magnétique est possible lorsque le spin du trou noir est élevé et que le plasma est fortement magnétisé.
L’énergie de rotation peut être extraite de trous noirs en rotation grâce à la reconnexion magnétique. Crédit image : Sci-News.com.
On pense que les trous noirs jouent un rôle clé dans un certain nombre de phénomènes astrophysiques hautement énergétiques, des noyaux actifs de galaxie aux sursauts gamma, en passant par les binaires ultralumineux à rayons X.
Les quantités extraordinaires d’énergie libérées lors de tels événements peuvent avoir deux origines différentes. Il peut s’agir de l’énergie potentielle gravitationnelle de la matière tombant vers un trou noir existant ou en formation pendant l’accrétion ou l’effondrement gravitationnel. Il peut également s’agir de l’énergie du trou noir lui-même.
En effet, une prédiction remarquable de la théorie de la relativité générale d’Einstein est qu’un trou noir en rotation possède d’énormes quantités d’énergie libre qui peuvent être exploitées.
Au cours des 50 dernières années, les physiciens théoriques ont essayé de trouver des méthodes pour libérer cette énergie.
Le physicien Roger Penrose, lauréat du prix Nobel, a théorisé que la désintégration des particules pourrait tirer de l’énergie d’un trou noir ; Stephen Hawking a proposé que les trous noirs puissent libérer de l’énergie par l’émission mécanique quantique ; tandis que Roger Blandford et Roman Znajek ont suggéré le couple électromagnétique comme principal agent d’extraction d’énergie.
“Les trous noirs sont généralement entourés d’une soupe chaude de particules de plasma qui portent un champ magnétique”, a déclaré le premier auteur, le Dr Luca Comisso, chercheur au département d’astronomie et au laboratoire d’astrophysique de l’université Columbia.
“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 à des énergies négatives et de grandes quantités d’énergie de trou noir peuvent être extraites.”
“Cette découverte pourrait permettre aux astronomes de mieux estimer le spin des trous noirs, de piloter les émissions d’énergie des trous noirs, et pourrait même fournir une source d’énergie pour les besoins d’une civilisation avancée.”
Illustration schématique du mécanisme d’extraction d’énergie d’un trou noir en rotation par reconnexion magnétique dans l’ergosphère du trou noir. Une configuration avec des lignes de champ magnétique antiparallèles adjacentes au plan équatorial est favorisée par l’effet d’entraînement du trou noir en rotation rapide (panneaux (a) et (b) représentant des vues méridionales et équatoriales, respectivement), et la feuille de courant équatoriale résultante est sujette à une reconnexion magnétique rapide médiée par les plasmoïdes (voir les structures circulaires dans la région agrandie). La reconnexion magnétique dans le plasma qui tourne dans le plan équatorial extrait l’énergie du trou noir si le plasma décéléré qui est avalé par le trou noir a une valeur négative.vu de l’infini, tandis que le plasma accéléré avec une composante dans la même direction que la rotation du trou noir s’échappe vers l’infini. La limite extérieure (limite statique) de l’ergosphère est indiquée par les lignes en pointillés courts dans les deux panneaux. Dans le panneau (b), les lignes en pointillés longs et les lignes pleines indiquent les lignes de champ magnétique au-dessous et au-dessus du plan équatorial, respectivement. Enfin, les lignes pointillées dans la région zoomée indiquent les deux séparatrices de reconnexion magnétique qui se croisent au point X de reconnexion magnétique dominant. Crédit image : Comisso & ; Asenjo, doi : 10.1103/PhysRevD.103.023014.
Comisso et son collègue, le professeur Felipe Asenjo de la Faculté d’ingénierie et de sciences de l’Université Adolfo Ibanez, ont construit leur théorie en partant du principe que la reconnexion des champs magnétiques accélère les particules de plasma dans deux directions différentes.
Un flux de plasma est poussé contre le spin du trou noir, tandis que l’autre est propulsé dans la direction du spin et peut échapper aux griffes du trou noir, qui libère de l’énergie si le plasma avalé par le trou noir a une énergie négative.
“Un trou noir perd de l’énergie en mangeant des particules à énergie négative. Cela peut sembler bizarre, mais cela peut se produire dans une région appelée ergosphère, où le continuum espace-temps tourne si vite que chaque objet tourne dans la même direction que le trou noir”, a déclaré le Dr Comisso.
À l’intérieur de l’ergosphère, la reconnexion magnétique est si extrême que les particules de plasma sont accélérées à des vitesses proches de celle de la lumière.
“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”, a déclaré le professeur Asenjo.
“Nous avons calculé que le processus d’énergétisation du plasma peut atteindre une efficacité de 150%, bien plus élevée que n’importe quelle centrale électrique fonctionnant sur Terre. Atteindre une efficacité supérieure à 100% est possible car les trous noirs fuient l’énergie, qui est cédée gratuitement au plasma qui s’échappe du trou noir.”
