Hoe komt een zwart-gat-planeet aan zijn energie?

kijkmagazine

2016-02-03 16:00:00

Zwart gat met planeet uit Interstellar

Zou een planeet die rond een zwart gat draait zijn energie uit het heelal kunnen halen? Op die vraag hebben drie wetenschappers zich gestort, geïnspireerd door de film Interstellar.

Normaal gesproken krijgt een planeet zijn energie van de ster waar hij omheen cirkelt en straalt hij zijn ‘afval-warmte’ de koude ruimte in. Maar drie Tsjechische natuurkundigen, Tomás Opatrný, Lukás Richterek en Pavel Bakala, besloten het tegenovergestelde scenario eens door te rekenen: een planeet die zijn energie uit het heelal krijgt en die vervolgens dumpt in het zwarte gat waar hij omheen cirkelt. Hoeveel vermogen levert dat principe in het ideale geval op?

Zo dicht mogelijk bij het gat

Eerst berekenen de Tsjechen in hun (niet officieel gepubliceerde) artikel hoeveel vermogen onze aarde dankzij de zon maximaal ontvangt: zo’n 1,6 biljard watt. Vervolgens vervangen ze onze zon door een zwart gat dat aan de hemel net zo groot is als de zon. In die situatie is de bron van onze energie niet dat zwarte gat, maar de kosmische achtergrondstraling. Deze straling ontstond 380.000 jaar na de oerknal, toen het heelal doorzichtig werd, en is nu afgekoeld tot 2,7 graden boven het absolute nulpunt (-270,4 graden Celsius). Het zwarte gat, dat voor het gemak een temperatuur krijgt gelijk aan het absolute nulpunt, speelt dan de rol die de koude sterrenhemel nu speelt: het fungeert als een soort ‘energie-afvoerputje’. Zoals te verwachten, is er in die situatie maar weinig vermogen beschikbaar; een schamele 910 watt.

Maar Opatrný, Richterek en Bakala zijn niet voor één gat te vangen. “Om een zo groot mogelijk vermogen te krijgen, moeten we de baan van de planeet zo dicht mogelijk bij het zwarte gat plaatsen”, schrijven ze. Dat doen ze vervolgens, wat een vermogen oplevert van 19 miljoen watt.

Alleen: die berekening is te simpel. Als je zó dicht op een zwart gat zit, gaat je planeet zó snel, dat effecten uit Albert Einsteins relativiteitstheorie een rol gaan spelen. Neem je die effecten mee, dan kom je uit op 200 miljoen watt. Dat is alweer tien keer zoveel, maar, zo concluderen Opatrný, Richterek en Bakala: “Nog steeds vrij weinig voor een comfortabel leven in meer dan een paar dorpjes.”

Vloedgolven van aluminium

Voor hun volgende stap lieten de wetenschappers zich inspireren door de sciencefictionfilm Interstellar (2014). Daarin komt een roterend zwart gat voor – en daar kun je een planeet nog veel dichter bij plaatsen. Dat doen de Tsjechen dan ook, wat ze een vermogen van 6,7 miljard watt oplevert; “genoeg voor een klein land”.

Vervolgens bekijken ze het extreme geval van Miller’s Planet, de planeet waar de astronauten uit Interstellar als eerste op landen. Die staat nóg een stuk dichter op het zwarte gat dan de planeet die 6,7 miljard vangt, dus mag je ook een nóg hoger vermogen verwachten. Helaas krijg je dan te maken met een ander probleem: er komt te veel energie binnen per vierkante meter (namelijk driehonderd keer zoveel als op aarde). Dat leidt ertoe dat het op Miller’s Planet 890 graden Celsius zou moeten zijn. “De vloedgolven die op de planeet te zien zijn, zouden dus bijvoorbeeld uit gesmolten aluminium kunnen bestaan”, merken de natuurkundigen op. “Ook zouden de astronauten worden gegrild  door extreme uv-straling.”

Omgekeerde Dyson Sphere

Tot slot spelen Opatrný, Richterek en Bakala met het idee van een Dyson Sphere. Normaal gesproken is dat een bolvormige schil die je rond een ster bouwt om alle energie die deze ster uitstraalt op te vangen. De drie Tsjechen denken echter aan een “omgekeerde Dyson Sphere”: een bolschil rond een zwart gat die alle kosmische achtergrondstraling uit het heelal opvangt en al zijn ‘afvalwarmte’ het gat in stuurt. Die constructie zou, uitgaande van een zwart gat dat een even groot stuk hemel beslaat als onze zon, een whopping 290 triljoen watt op moeten leveren. Oftewel: meer dan duizend keer zoveel als wij van de zon ontvangen. Now we’re talking.

Het wachten is nu op een sciencefictionschrijver die met bovenstaande ideeën aan de slag gaat. Moet toch iets mee te doen zijn, zou je denken.

Bron: ArXiv.org

Beeld: Interstellar/Paramount Pictures







De nieuwste editie!

Editie 1-2020




Meer Nieuws