Kan een zwart gat ons van energie voorzien?

KIJK-redactie

21-11-2021 10:00:00

zwart gat dysonbol

Als we zo doorgaan, hebben we straks wereldwijd te weinig energie. Een astronoom komt met een bijzondere oplossing waarin zwarte gaten een centrale rol spelen.

Natuurlijk, het zou kunnen dat wij aardbewoners ooit leren zuinig om te springen met energie. Dat we straks niet meer gebruiken dan het hoognodige, en dat we dan voldoende hebben aan alle energiebronnen hier op aarde. Maar waarschijnlijker is dat we, naarmate we ons verder ontwikkelen, alleen maar nóg meer energie zullen opsouperen. Waar haalt de mensheid van de verre toekomst – of een geavanceerde buitenaardse beschaving – al die energie dan vandaan?

Lees ook:

In 1960 suggereerde de natuurkundige Freeman Dyson een oplossing: zonne-energie. En dan had hij het niet over wat panelen verspreid over daken en weilanden. Nee, Dyson stelde voor letterlijk álle energie op te vangen die de zon – of een andere ster – uitstraalt, door er als het ware een bol van zonnepanelen omheen te bouwen. Een Dyson sphere of dysonbol noemen we zo’n constructie nu, die je trouwens eerder voor je moet zien als een enorme zwerm van losse panelen dan een constructie aan één stuk.

Nu zal zelfs zo’n bol op termijn niet genoeg energie kunnen leveren aan een beschaving die maar blijft groeien. Het geijkte plan is dan: reis naar naburige sterren en bouw daar ook zulke bollen omheen. Maar astronoom Tiger Yu-Yang Hsiao van de Nationale Tsing Hua-universiteit in Taiwan en collega’s hebben een (nog) spectaculairder plan voor ogen. Hoeveel energie, zo vragen zij zich in een recent wetenschappelijk artikel af, zou je kunnen winnen uit een zwart gat?

dysonbol
Als je alle energie die een ster uitzendt wilt opvangen, zul je hem helemaal moeten omhullen met zonnepanelen. Iets dergelijks zou je ook kunnen doen bij een zwart gat. © Kevin Gill/CC BY-SA 2.0

Corona-energie

In eerste instantie klinkt het plan van Hsiao vreemd. Een zwart gat is immers iets wat zó zwaar en compact is dat niets eraan kan ontsnappen; zelfs licht niet. En als er werkelijk niets uit een zwart gat komt en er alleen maar dingen in verdwijnen, hoe kun je er dan in hemelsnaam energie aan onttrekken?

Nou, daar zijn toch verschillende mogelijkheden voor, leggen de Taiwanezen uit in hun artikel. Materie valt namelijk niet zomaar in een zwart gat. Zoals water een kolkje vormt als het in een doucheputje verdwijnt, zo beweegt deze materie in een spiraal naar het gat toe, waardoor een zogenoemde accretieschijf ontstaat. Wrijving zorgt er vervolgens voor dat die schijf heet wordt en straling uitzendt. En niet zo’n beetje ook. De lichtste zwarte gaten die we hebben gevonden, kunnen op die manier per seconde meer dan honderdduizend keer zoveel energie het heelal in sturen als onze zon. Overigens is dat wel een maximum, dat geldt voor de zwarte gaten die in het hoogst mogelijke tempo materie opslokken. Maar ook een duizend keer minder vraatzuchtig gat levert nog steeds evenveel energie op als honderden zonachtige sterren – en dus als honderden dysonbollen rond zulke sterren.

En dat is nog niet eens alle energie die een zwart gat afgeeft. De accretieschijf verhit namelijk ook het gas rond het gat, de zogenoemde corona. Die begint daardoor ook te stralen. Weet je die straling eveneens op te vangen, dan levert je dat 33 tot 50 procent extra energie op.

Bovendien brengt een zwart gat vaak twee zogeheten relativistische jets voort: materie die met bijna de lichtsnelheid haaks op de accretieschijf het heelal in wordt geschoten. Vang je de straling op die deze jets produceren, dan is dat goed voor nog eens 60 tot 80 procent van de hoeveelheid energie afkomstig van de accretieschijf.

Bitcoins en bureaucratie

De vraag is vervolgens: als je al die energie op wilt vangen met een dysonbol, hoe groot moet die dan zijn? Aan de ene kant zou je zeggen: zo klein mogelijk. Hoe kleiner de bol, hoe minder materiaal je ervoor nodig hebt. Aan de andere kant: als je met je bol al te dicht op de accretieschijf gaat zitten, smelt hij. Tenzij je aanneemt dat de mensheid van de verre toekomst, of een geavanceerde buitenaardse beschaving, wel een materiaal zal hebben ontwikkeld dat daar tegen kan.

Durven we die laatste aanname niet aan, zo becijferen Hsiao en collega’s, dan moet zo’n bol een ongeveer 10 miljoen keer zo grote diameter hebben als het zwarte gat zelf. (Of beter gezegd: het gebied rond het gat waar licht niet uit kan ontsnappen.) Klinkt groot, maar een dysonbol waarvan de ‘binnenwand’ net zo ver van de zon af staat als de aarde zou nog veel groter zijn. In die zin is het voorstel van Hsiao dus minder ambitieus dan het oorspronkelijke plan van Dyson, en levert het ook nog eens veel meer energie op. Het jammere is natuurlijk dat je er niet je eigen ster voor kunt gebruiken, maar eerst zult moeten afreizen naar een zwart gat.

Tomas Opatrny, een Tsjechische astronoom die zelf een paar jaar geleden rekende aan een andere manier waarop een zwart gat energie op kan leveren, zegt over Hsiao’s studie: “Ik vind dit soort speculaties over wat geavanceerde beschavingen zouden kunnen doen altijd erg interessant. De grote vraag is natuurlijk: wat zou zo’n beschaving met al die energie doen? Bitcoins genereren? Gamen? Een almaar groeiende bureaucratie onderhouden?” Ach, ze zullen er vast wel raad mee weten.

Deze Far Out staat ook in KIJK 12/2021

Tekst: Jean-Paul Keulen

Bronnen: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, ArXiv.org, ScienceAlert

Beeld: ICRAR/ESA

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK! 



Podcast KIJK en luister via JUKE







Meer Artikelen

NIEUW!

Voor deze special hebben we de beste verhalen uit de eerste tien jaar van KIJK uit de archieven opgeduikeld om antwoord te kunnen geven op de vraag: Wat is er veranderd tussen vroeger en nu?