Para lidiar con el calor, puede manipular directamente la temperatura del agujero negro cambiando su masa; en lugar de aumentar la masa, la temperatura disminuirá. La única forma de aumentar su temperatura es esperar a que se evapore parcialmente debido a Radiación de Hawking . Si desea estabilizar un agujero negro a su temperatura actual, sería necesario agregar materia o energía al agujero negro a la misma velocidad que se está emitiendo la radiación de Hawking que reducirá la masa. Este tipo de configuración de un agujero negro con temperatura estabilizada en realidad sería un convertidor de materia a energía prácticamente ilimitado muy eficiente con 100% de eficiencia.
Si no estabiliza la masa del agujero negro, se evaporará explosivamente como una pequeña explosión atómica. Por ejemplo, un agujero negro con una masa de “ballena azul” (aproximadamente [matemáticas] 2.2 \ veces 10 ^ 5 kg [/ matemáticas]) durará solo 1 segundo (comenzará ese último segundo a una temperatura de [ matemáticas] 5.6 \ veces 10 ^ {17} K [/ matemáticas]). ¡En ese último segundo de su vida, la energía total de toda la radiación que emite será de 5 millones de megatones de TNT! Esta cantidad de energía es aproximadamente 1000 veces el arsenal nuclear total de todas las naciones de la Tierra y es aproximadamente 1,4 veces la energía solar total que golpea la superficie de la Tierra en un día. Claramente, en las últimas etapas de la evaporación de los agujeros negros, actúan como cuerpos muy muy calientes que emiten mucha radiación de todo tipo y eventualmente explotan al final de sus vidas. Tenga en cuenta que todos los agujeros negros terminan sus vidas de la misma manera con el mismo tipo de explosión. Todo lo que hace su masa inicial es cambiar el tiempo que se tarda en evaporarse y explotar.
Para mantener estable un agujero negro, hay varios parámetros que deben equilibrarse para que un pequeño agujero negro sea un convertidor efectivo de masa a energía. La vida útil ([matemática] L [/ matemática]), la temperatura ([matemática] T [/ matemática]) y la potencia de salida ([matemática] P [/ matemática]) de un agujero negro escala con la masa ([matemática] M [/ math]) como sigue:
- ¿Podría una tasa de expansión extremadamente alta del universo desgarrar un agujero negro en (casi) una instancia SIN radiación de Hawking?
- ¿Los agujeros negros violan la ley de conservación universal de la energía?
- Cuando dos agujeros negros A y B se encuentran, ¿qué decide cuál captura cuál?
- Cuando la gente habla de aprovechar hipotéticamente la energía de los agujeros negros, ¿qué quieren decir? ¿Cómo se supone que se aprovecha la energía gravitacional?
- ¿Cómo se grafican los agujeros negros?
[matemáticas] L \ propto M ^ {3} [/ matemáticas]
[matemáticas] T \ propto M ^ {- 1} [/ matemáticas]
[matemáticas] P \ propto M ^ {- 2} [/ matemáticas]
Por lo tanto, para obtener más potencia, deberá reducir la masa del agujero negro, pero eso elevará la temperatura y disminuirá la vida útil del agujero negro.
Por ejemplo, si la masa del agujero negro es demasiado pequeña, su temperatura será enorme y emitirá todo tipo de partículas además de los rayos gamma de alta energía (fotones) y electrones o positrones simples. Por ejemplo, si la masa del agujero negro fuera de 14 mil millones de toneladas métricas (o la masa de 14 kilómetros cúbicos de agua) la temperatura del agujero negro sería de 10 mil millones de Kelvin ([matemáticas] 10 ^ {10} [/ matemáticas] Kelvin ) A esa temperatura, el agujero negro estaría emitiendo rayos gamma a aproximadamente 1 MeV (millones de electronvoltios) de energía junto con pares de positrones de electrones. Los positrones se aniquilarían con electrones en el recipiente de contención y darían la mitad de los rayos gamma MeV adicionales. Por lo tanto, todos estos rayos gamma podrían usarse para calentar agua y conducir un generador para suministrar energía eléctrica. La potencia total generada por este agujero negro sería de 226 MW , esto es solo aproximadamente 1/10 de la potencia de salida de la Presa Hoover y es un poco más que la potencia de salida del reactor nuclear de un portaaviones de clase Nimitz. Necesitaríamos 14,000 de estos agujeros negros para satisfacer las necesidades de energía total promedio de los EE. UU. En 2005. Realmente no necesitaríamos alimentar esta masa de agujero negro para mantener ese nivel de salida de energía, ya que solo consumirá 151 microgramos de su propia masa por minuto ¡El agujero negro de esta masa no se evaporará por completo durante aproximadamente 400,000 veces la edad actual del universo!
Otro ejemplo sería un agujero negro que tiene una masa de solo 220 millones de kg , la potencia de salida será del 1% de la potencia total del Sol que golpea la Tierra . ¡Esto sería suficiente para 213,000 veces el consumo total de energía de EE. UU. En 2005! Sin embargo, el agujero negro solo durará 31 años y para mantenerlo estable tendremos que alimentarlo con 71 g de materia por segundo . No será fácil forzar tanta materia por la garganta del agujero negro, ya que emitirá una gran cantidad de energía en todo tipo de partículas altamente energéticas y rayos gamma de muy muy alta energía. Pero si pudiéramos estabilizar este agujero negro, esencialmente estaríamos convirtiendo 71 g de materia por segundo completamente en la energía que se emite como radiación de Hawking, ¡esto sería el equivalente a tener una conversión de masa en energía 100% eficiente!
¿Cómo evitaríamos que estos agujeros negros caigan en la tierra (y consuman la Tierra)? Es posible hacer que un agujero negro tenga una carga eléctrica y si lo hiciéramos enviando suficientes electrones al agujero negro, podríamos manipularlo y levitarlo con un campo eléctrico. Sin embargo, estos agujeros negros son muy pesados, por lo que tendríamos que darles una carga bastante grande y tener un campo eléctrico muy fuerte para evitar que el agujero negro caiga en la Tierra. Otro problema es que si la temperatura del agujero negro es mayor de 10 mil millones de Kelvin (el primer ejemplo presentado en esta respuesta) puede emitir electrones y positrones, por lo que será mucho más probable que emitan positrones para reducir su carga, así que lo haremos necesita emitir un flujo constante de electrones para mantener su carga. Si mantenemos la temperatura más baja que eso al tener un agujero negro más pesado, no emitirá tanta potencia.
Por supuesto, el otro problema tecnológico es que no tenemos forma de crear agujeros negros como este en primer lugar. La única forma factible de hacer esto sería encontrar un pequeño agujero negro como este en algún lugar del espacio. Tendríamos que cargarlo y ponerlo en un campo eléctrico para acelerarlo hacia una órbita terrestre. Sin embargo, no tenemos evidencia ni ninguna teoría que prediga que existan este tipo de pequeños agujeros negros.
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Esta es una versión editada de mi respuesta a Black Holes: ¿cómo podría uno evitar la evaporación de un agujero negro en miniatura? ¿Cómo podría este agujero mantener la estasis? Para obtener más información sobre la producción de energía y el tiempo hasta el final explosivo de la vida de los pequeños agujeros negros, vea mi respuesta a: ¿Cómo sería la “muerte” de un Agujero Negro? )
