4969: Físicos propõem método para extrair energia de buracos negros (e pode ser usado pela humanidade no futuro)

CIÊNCIA/FÍSICA/BURACOS NEGROS/ASTROFÍSICA

NASA / CXC / M. Weiss

Dois físicos do Chile e dos Estados Unidos acreditam que, um dia, os humanos poderão aproveitar a enorme energia que os buracos negros abrigam para seu proveito.

A teoria da relatividade geral de Einstein – que conecta espaço, tempo e gravidade – previa que buracos negros em rotação têm enormes quantidades de energia.

Nos últimos 50 anos, os cientistas tentaram criar métodos para libertar esse poder. O físico Roger Penrose teorizou que a desintegração de uma partícula poderia extrair energia de um buraco negro. Stephen Hawking propôs que os buracos negros poderiam libertar energia através da emissão da mecânica quântica. Já Roger Blandford e Roman Znajek sugeriram o torque electromagnético como o principal agente de extracção de energia.

Agora, os físicos Luca Comisso, da Universidade de Columbia, e Felipe Asenjo, da Universidad Adolfo Ibáñez, encontraram uma nova forma de extrair energia de buracos negros, quebrando e reunindo linhas de campo magnético perto do horizonte de eventos, o ponto de onde nada consegue escapar à atracção gravitacional do buraco negro.

“Os buracos negros são normalmente cercados por uma ‘sopa’ quente de partículas de plasma que carregam um campo magnético”, disse Luca Comisso, em comunicado. “A nossa teoria mostra que, quando as linhas do campo magnético se desconectam e se reconectam, da forma certa, podem acelerar as partículas de plasma para energias negativas e grandes quantidades de energia de buraco negro podem ser extraídas.”

Esta descoberta pode permitir aos astrónomos estimar melhor a rotação dos buracos negros, conduzir as emissões de energia dos buracos negros e pode até fornecer uma fonte de energia para as necessidades de uma civilização avançada, segundo Comisso.

Comisso e Asenjo construíram a teoria com base na premissa de que a reconexão de campos magnéticos acelera as partículas de plasma em duas direcções diferentes. Um fluxo de plasma é empurrado contra a rotação do buraco negro, enquanto o outro é impulsionado na direcção do buraco negro e pode escapar, o que liberta energia se o plasma engolido pelo buraco negro tiver energia negativa.

“É como se uma pessoa perdesse peso a comer doces com calorias negativas”, disse Comisso, que explicou que um buraco negro perde energia ao comer partículas de energia negativa. “Isso pode parecer estranho, mas pode acontecer numa região chamada ergosfera, onde o contínuo do espaço-tempo gira tão depressa que todos os objectos giram na mesma direcção do buraco negro”.

Dentro da ergosfera, a reconexão magnética é tão extrema que as partículas de plasma são aceleradas a velocidades próximas da velocidade da luz. Segundo Asenjo, a alta velocidade relativa entre os fluxos de plasma capturados e em fuga é o que permite ao processo proposto extrair grandes quantidades de energia do buraco negro.

“Calculamos que o processo de energização de plasma pode atingir uma eficiência de 150%, muito maior do que qualquer central na Terra”, disse Asenjo. “Alcançar uma eficiência superior a 100% é possível porque os buracos negros libertam energia, que é dada gratuitamente ao plasma que escapa do buraco negro.”

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Este processo de extracção de energia pode já estar a acontecer num grande número de buracos negros. Isso pode estar a causar erupções dos buracos negros – explosões poderosas de radiação que podem ser detectadas da Terra.

Para os investigadores, a mineração de energia de buracos negros pode ser a resposta para as nossas necessidades futuras de energia. “Daqui a milhares ou milhões de anos, a humanidade poderá sobreviver ao redor de um buraco negro sem aproveitar a energia das estrelas”, disse Comisso. “É um problema essencialmente tecnológico. Se olharmos para a física, não há nada que o impeça”.

Este estudo foi publicado este mês na revista científica Physical Review D.

Por Maria Campos
19 Janeiro, 2021


2285: Os idosos estão a contribuir para as alterações climáticas (e a sofrer com isso)

CIÊNCIA

jeremyhiebert / Flickr

A idade média está a aumentar nas populações de todo o mundo e isso pode representar um desafio para os esforços de controlo das alterações climáticas.

Hossein Estiri, da Universidade de Harvard, e Emilio Zagheni, do Instituto Max Planck de Pesquisa Demográfica, na Alemanha, descobriram que o uso de energia aumenta à medida que envelhecemos. Uma população envelhecida pode significar uma proporção maior da sociedade com altos níveis de consumo de energia, sugere um estudo recente.

Em média, o consumo de energia nas crianças aumenta à medida que crescem e, quando saem de casa, diminui. Por sua vez, uma análise dos dados dos Estados Unidos mostrou que o consumo sobre quando as pessoas atingem os 30 anos e atinge o seu pico aos 55 anos, caindo levemente antes de começar a subir outra vez.

De acordo com o New Scientist, o estudo avaliou factores como rendimento, clima, idade e tamanho da habitação. O aumento do uso de energia ao longo da vida parece estar relacionado com as nossas necessidades em cada fase da nossa vida.

A investigação concluiu que, nas cidades norte-americanas mais quentes, o uso de energia intensifica-se nas pessoas com mais de 65 anos de idade, e esse aumento parece estar relacionado com o uso de ar condicionado. Este dado sugere que as mudanças climáticas e o envelhecimento da população podem estar a aumentar os efeitos, um sobre o outro e vice versa.

As ondas de calor tornara-se mais comuns no país durante os últimos anos, e espera-se que se tornem ainda mais frequentes graças ao aquecimento global. Por sua vez, as pessoas mais velhas que usam energia para se refrescar podem estar a contribuir para mais aquecimento, pelo menos até o fornecimento de energia se ver livre dos combustíveis fósseis.

Benjamin Sovacool, da Universidade de Sussex, no Reino Unido, afirma que esta investigação mostra a importância da demografia no que diz respeito à redução das emissões de carbono. “Este estudo desafia directamente toda a comunidade científica, desafiando-a a lidar com a temporalidade e a complexidade do consumo de energia.”

O artigo científico foi publicado na Energy Research & Social Science.

ZAP //

Por ZAP
7 Julho, 2019

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2168: Super-erupções do Sol podem “fritar” satélites e redes eléctricas nos próximos cem anos

CIÊNCIA

NASA

Na fronteira da Via Láctea, produz-se um dos espectáculos pirotécnicos mais brilhantes da galáxia. Algumas estrelas jovens e activas, por razões que os cientistas ainda desconhecem, lançam explosões de energia que podem ser vistas a centenas de anos-luz de distância.

Estas super-erupções têm uma potência arrebatadora, na ordem de centenas a milhares de vezes maior do que a maior já registada com instrumentos modernos na Terra. Até recentemente, de acordo com um comunicado, os investigadores supunham que estas explosões não poderiam acontecer no nosso antigo e tranquilo Sol.

Porém, um novo estudo, publicado na revista The Astrophysical Journal a partir de dados de diferentes telescópios, afirma que o sol também tem a capacidade de causar grandes erupções, ainda que apenas uma vez em cada poucos milhares de anos.

Se algo semelhante tivesse acontecido há mil anos, as consequências teriam sido reduzidas a uma aurora resplandecente no céu. Mas, agora, alertam os cientistas, isso causaria estragos nas comunicações via satélite e redes de energia do nosso planeta – uma catástrofe em escala global.

Yuta Notsu, investigador da Universidade da Califórnia em Boulder, é o principal autor do estudo, revelado na reunião anual da American Astronomical Society em St. Louis, EUA. Na sua opinião, os resultados devem ser um alerta para a vida no nosso planeta.

“O nosso estudo mostra que as super-erupções são eventos raros”, disse Notsu, de acordo com a ABC. “Mas há uma possibilidade de que possamos experimentá-lo nos próximos 100 anos”.

Se uma super-chama viesse do Sol, a Terra provavelmente estaria no caminho de uma onda de radiação de alta energia. Tal explosão poderia interromper a electrónica mundial, causando apagões e curtos-circuitos nos satélites de comunicação em órbita.

Os cientistas descobriram este fenómeno pela primeira vez graças ao Telescópio Espacial Kepler. A nave da NASA, lançada em 2009, procura planetas que giram em torno de estrelas distantes da Terra. Mas também encontrou algo estranho: às vezes, a luz das estrelas distantes parecia subitamente e momentaneamente mais brilhante.

As explosões de tamanho normal são comuns no Sol. “Quando o nosso Sol era jovem, era muito activo porque girava muito rápido e provavelmente gerava chamas mais poderosas”, explicou o investigadores. “Mas não sabíamos se existem grandes labaredas no Sol moderno com uma frequência muito baixa”.

Para descobrir, Notsu e uma equipa internacional de cientistas voltaram-se para dados da sonda Gaia da Agência Espacial Europeia (ESA) e do Observatório Apache Point, no Novo México. Durante uma série de estudos, o grupo usou os instrumentos para delinear uma lista de super-chamas provenientes de 43 estrelas que se assemelhavam ao nosso Sol. Depois, submeteram esses eventos raros a uma análise estatística rigorosa.

A conclusão: a idade é importante. De acordo com os cálculos da equipa, as estrelas mais jovens tendem a produzir o maior número de super-erupções. Mas as estrelas mais antigas, como o nosso Sol, agora com ​​4,6 mil milhões de anos, também as produzem. “Estrelas jovens têm super-chamas uma vez por semana”, afirmou Notsu. “O Sol faz isso uma vez a cada poucos milhares de anos em média.”

Notsu está convencido de que este grande evento acontecerá, embora não saiba dizer quando. No entanto, isso poderia dar tempo para nos prepararmos, protegendo a electrónica no solo e em órbita da radiação no espaço.

ZAP //

Por ZAP
14 Junho, 2019

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291: Cientistas “tele-transportam” pela primeira vez a energia do Sol

NASA

O processo implica o uso de antenas capazes de detectar o calor infravermelho gerado pela luz solar como ondas electromagnéticas de alta frequência, convertendo estes sinais em electricidade.

Os cientistas desenvolveram um método para gerar electricidade a partir da radiação infravermelha que sobra da Terra e o calor residual, utilizando o chamado efeito túnel, um fenómeno quântico que ocorre quando uma partícula viola os princípios da mecânica clássica, superando uma barreira que não deveria ser capaz de superar.

O nosso planeta absorve quantidades massivas de luz solar que, por sua vez, conduz a uma emissão quase constante de radiação infravermelha, estimada em milhões de giga-watts de energia, segundo a RT.

Os investigadores da Universidade de Ciência e Tecnologia Rei Abdalá, na Arábia Saudita, acreditam que este calor infravermelho “pode ser ‘colhido’ durante as 24 horas do dia” para gerar electricidade, usando o efeito do túnel quântico. O processo implica o uso de antenas capazes de detectar o calor infravermelho ou residual como ondas electromagnéticas de alta frequência, convertendo esses sinais em electricidade.

Como as emissões infravermelhas têm longitudes de onda muito pequenas e podem oscilar milhares de vezes mais rápido que um semicondutor típico capaz de mover electrões, estas requerem nano antenas que podem ser difíceis de criar ou testar.

No entanto, e de acordo com o novo estudo publicado em Novembro na revista Materials Today Energy, o efeito túnel pode proporcionar os avanços necessários para alcançar o objectivo.

Não há um díodo comercial no mundo que possa operar com tanta frequência”, assegurou num comunicado Atif Shammim, investigador principal do estudo. “Isso é porque recorremos ao efeito do túnel quântico”.

Para gerar os intensos campos eléctricos necessários para a construção dos túneis, os investigadores criaram uma nano antena em forma de gravata, intercalando a fina película de isolamento entre dois braços metálicos ligeiramente sobrepostos feitos de ouro e titânio.

ZAP //

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210: Cientistas testam esfera nuclear que pode revolucionar a energia de fusão

mohammadhasan / Flickr

Este mais recente desenvolvimento pode superar a problemática sobre como produzir mais energia do que a que se consome.

A fusão nuclear, a reacção que alimenta o Sol, pode ser a chave para a produção de energia limpa e ilimitada. No entanto, até agora os cientistas deparavam-se com uma problemática: como produzir mais energia do que a que se consome. Um novo desenvolvimento vem dar resposta a esta questão.

Os físicos começaram a testar alguns tipos de novos reactores e perceberam que uma estranha esfera pode ser a chave para gerar mais energia de fusão, já que tem o potencial para superar o dilema de produzir mais e consumir menos.

A sua particularidade é que combinaria hidrogénio com boro (um elemento químico), em vez de isótopos de hidrogénio como o deutério e o tritio. Além disso, utiliza lasers para aquecer o núcleo até 200 vezes mais do que o centro do Sol.

E isto não é tudo: este dispositivo não produz neutrões, pelo que não cria nenhum tipo de radioactividade. “Isto coloca o nosso foco acima de todas as outras tecnologias de energia de fusão”, destaca Heinrich Hora, investigador da universidade australiana de Nova Gales do Sul, que está à frente deste projecto.

Ao contrário do que acontece com as reacções de energia de fissão nuclear, as de fusão combinam os átomos, em vez de os dividir: trata-se de uma metodologia semelhante à que alimenta o Sol.

Os combustíveis e resíduos são seguros“, insistiu Warren McKenzie, director do HB11, companhia que detém a patente desta nova tecnologia. McKenzie acrescentou ainda que o reactor não precisará de um “trocador de calor” nem de um “gerador de turbina de vapor”.

Por isso, se as novas investigações confirmarem que não há outro dispositivo melhor para este tipo de desenvolvimentos, o protótipo de reactor pode começar a ser construído na próxima década.

ZAP // Science Alert

Por ZAP
30 Dezembro, 2017

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