È possibile sfruttare l'energia di un buco nero? - Fabio Pacucci

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Immaginate un lontano futuro in cui gli umani siano andati oltre il pianeta Terra, abbiano costruito città su pianeti lontani migliaia di anni-luce e gestiscano una rete galattica di commerci e trasporti. Di cosa avremmo bisogno per fare questo salto? E dove prenderemmo abbastanza energia per sostenere questa civiltà? Fabio Pacucci analizza la possibilità di sfruttare l'energia di un buco nero per alimentare una civiltà galattica.

Lezione di Fabi Pacucci, diretta da TOTEM Studio.

Immaginate un lontano futuro

in cui gli umani siano andati oltre
il nostro pallido puntino azzurro,

abbiano costruito città su pianeti
lontani migliaia di anni-luce

e gestiscano una rete galattica
di commerci e trasporti.

Di cosa avrebbe bisogno
la nostra civiltà per fare questo salto?

Ci sono molte cose da considerare:
come comunicheremmo?

Come sarebbe un governo galattico?

E una questione fondamentale:

dove prenderemmo l'energia necessaria
per alimentare questa civiltà,

le industrie, le operazioni
per terraformare e le navi spaziali?

Un astronomo di nome Nikolai Kardashev
ha proposto una scala

per quantificare la crescente richiesta
energetica di una civiltà in evoluzione.

Nel primo stadio evolutivo,
in cui noi siamo attualmente,

le fonti energetiche del pianeta,

come i combustibili fossili,
i pannelli solari e le centrali nucleari,

sono forse sufficienti

per raggiungere gli altri pianeti
del sistema solare

ma non per andare molto oltre.

Per una civiltà al terzo e ultimo stadio,

l'espansione su scala galattica

richiederebbe circa 100 miliardi di volte
più energia di tutti i 385 yottajoule

che il nostro sole rilascia ogni secondo.

Salvo una svolta nella fisica esotica,

c'è una sola fonte di energia
che potrebbe essere sufficiente:

un buco nero supermassiccio.

Pensare ai buchi neri come fonti
di energia è controintuitivo,

ma questo è esattamente ciò che sono,
grazie ai loro dischi di accrescimento,

strutture piatte e circolari
formate dalla materia

che cade nell'orizzonte degli eventi.

A causa della conservazione
del momento angolare,

le particelle lì non precipitano
direttamente nel buco nero,

ma si muovono lentamente a spirale.

Per effetto dell'intenso
campo gravitazionale del buco nero,

le particelle convertono la loro energia
potenziale in energia cinetica

mentre si avvicinano
all'orizzonte degli eventi.

L'interazione fra particelle
permette all'energia cinetica

di essere irradiata nello spazio

a una stupefacente efficienza
di conversione della materia in energia:

6% per i buchi neri non rotanti
e fino al 32% per quelli rotanti.

Questo mette drasticamente
in ombra la fissione nucleare,

attualmente il meccanismo
più efficiente e largamente disponibile

per estrarre energia dalla massa.

La fissione converte solamente lo 0,08%
dell'atomo di uranio in energia.

Il segreto per sfruttare questa energia
potrebbe trovarsi in una struttura

ideata dal fisico Freeman Dyson,
conosciuta come la sfera di Dyson.

Negli anni '60, Dyson propose l'idea
che una civiltà planetaria avanzata

potesse creare una sfera artificiale
in cui racchiudere la stella principale,

acquisendo tutta l'energia
irradiata dalla stella

per soddisfare i propri bisogni.

Un progetto simile, ma ben più complesso,

potrebbe, in teoria, essere
applicato ai buchi neri.

Per produrre continuamente energia i buchi
neri devono essere continuamente nutriti.

Quindi, non sarebbe il caso
di coprirli con una sfera.

Anche se lo facessimo, i getti
di plasma sparati dai poli

di molti buchi neri supermassicci

farebbero esplodere in mille pezzi
qualsiasi struttura.

Invece, potremmo progettare
una sorta di anello di Dyson

fatto di poderosi collettori
controllati a distanza

che orbiterebbero attorno al buco nero,

sul piano del disco di accrescimento,
magari, ma più lontano.

Questi dispositivi potrebbero usare
pannelli a specchio

per trasmettere l'energia
raccolta a una centrale

o a una batteria per conservarla.

Avremmo bisogno di assicurarci
che i collettori siano costruiti

alla giusta distanza:

se troppo vicini si scioglierebbero
per l'energia irradiata;

se troppo lontani, raccoglierebbero
solo una piccola frazione dell'energia

e potrebbero essere
disturbati dalle stelle

orbitanti attorno al buco nero.

Ci servirebbe una quantità
equivalente a vari pianeti Terra

di materiale altamente
riflettente, come l'ematite,

per costruire l'intero sistema,

più qualche pianeta smantellato
per fare una legione di robot costruttori.

Una volta costruito, l'anello di Dyson
sarebbe un capolavoro della tecnologia

che fornirebbe energia a una civiltà
diffusa in ogni angolo della galassia.

Tutto questo può sembrare
solo un'ipotesi fantasiosa.

Eppure, perfino ora,
durante la crisi energetica,

dobbiamo confrontarci con la limitatezza
delle risorse del nostro pianeta.

Ci sarà sempre bisogno di nuovi metodi
per produrre energia sostenibile,

specialmente perché l'umanità
lavora per la sopravvivenza

e il progresso tecnologico
della nostra specie.

Magari esiste già una civiltà

che ha raggiunto
questi giganti astronomici.

Potremmo anche capirlo

vedendo la luce dal loro buco nero
offuscarsi periodicamente

quando parti dell'anello di Dyson
passano fra noi e loro.

O forse queste superstrutture
sono destinate a rimanere pura teoria.

Solo il tempo, e la nostra
ingenuità scientifica, sapranno dircelo.