Extração de energia de buraco negro começa a ser testada em laboratório

Extrair energia de buracos negros

Há mais de meio século, Roger Penrose vislumbrou um cenário no qual seria possível extrair energia de um buraco negro girando extremamente rápido. Ele propôs que uma partícula que entrasse na ergosfera – uma região do espaço arrastada por um buraco negro em rotação – poderia se dividir em duas; uma parte cairia no buraco negro, enquanto a outra escaparia, carregando mais energia do que a partícula original.

Com base nessa teoria, o físico Yakov Zeldovich previu posteriormente que uma onda interagindo com um objeto giratório suficientemente rápido poderia não apenas extrair energia desse objeto, como também essa energia seria amplificada.

Inspirados por essa construção teórica, outra equipe idealizou agora uma nova abordagem para a amplificação de ondas por meio da interação com corpos em rotação: Em vez de girar a matéria mecanicamente, a equipe projetou um dispositivo de radiofrequência com propriedades moduladas no espaço e no tempo para simular a rotação. O dispositivo cria uma forma sintética de rotação ultrarrápida que permite o acesso a velocidades de rotação muito além do que é possível alcançar mecanicamente, permitindo superar as limitações que há muito dificultam os estudos experimentais envolvendo essas e outras questões da dinâmica rotacional ultrarrápida e da astrofísica.

“Este experimento bem-sucedido leva ideias sobre dinâmica rotacional extrema da teoria à prática e cria uma plataforma experimental versátil para explorar uma ampla gama de fenômenos na interseção da astrofísica, física de ondas e ciência quântica,” disse Hadiseh Nasari, da Universidade Cidade de Nova York. “O trabalho tem implicações para avanços na ciência fundamental e em comunicações, óptica e fotônica.”

“Nossa abordagem viabiliza um novo método de interação onda-matéria no qual ondas com propriedades rotacionais selecionadas extraem energia de uma rotação sintética induzida no tempo, produzindo uma forma de amplificação seletiva de banda larga,” acrescentou o professor Andrea Alù.

Rotação simulada

Tudo começa com a questão fundamental envolvendo o trabalho de Penrose e Zeldovich: Ondas eletromagnéticas enviadas a um dispositivo que permaneça imóvel podem se comportar como se estivessem interagindo com um objeto girando em velocidades ultrarrápidas, e ainda extrair energia dessa forma de movimento sintético?

Para responder a essa pergunta, os pesquisadores construíram uma rede de ressonadores eletrônicos em forma de anel cujas propriedades foram moduladas rapidamente em uma sequência cuidadosamente cronometrada, produzindo um padrão de movimento ao redor do anel. Embora o dispositivo em si não se mova, o padrão de propagação faz com que as ondas eletromagnéticas “percebam” o sistema como se ele estivesse girando a uma velocidade ultrarrápida.

“Ondas com as características rotacionais apropriadas extraíram energia do sistema e foram amplificadas, reproduzindo a física essencial do processo de Penrose-Zeldovich,” disse Hady Moussa, membro da equipe. “Nossa abordagem se baseia em metamateriais projetados para controlar a propagação das ondas.”

Física inacessível

A capacidade da rotação sintética de simular movimentos acima da velocidade da luz oferece uma maneira inédita e muito poderosa para estudar regimes extremos, incluindo os da astrofísica, em ambiente de laboratório.

De fato, o dispositivo cria um novo campo experimental para investigar uma física que era inacessível até agora, além de criar novos caminhos para comunicações sem fio e aplicações em óptica clássica e quântica.

A equipe agora pretende adaptar seu experimento para uso prático, visando estender os mesmos conceitos a plataformas fotônicas e quânticas, criando novas maneiras de manipular a luz, processar informações e investigar fenômenos ondulatórios inspirados por alguns dos ambientes mais extremos do Universo.