Вчені описали новий спосіб отримання енергії з чорних дір. Її можуть забирати частинки плазми, прискорені в результаті магнітного перез’єднання. Це вже не перший механізм вилучення енергії чорних дір – можливість цього процесу довів Роджер Пенроуз в 1969 році, а способи його реалізації пізніше пропонували Стівен Хокінг, Роджер Бленфорд і Роман Знаек. Стаття опублікована в журналі Physical Review D.
Теорія відносності пророкує, що чорні діри, котрі обертаються, можна використовувати в якості джерел енергії. У 1969 році Роджер Пенроуз описав процес, що дозволяє це зробити. Навколо обертових чорних дір існує ергосфера – область, що передує горизонту подій. Всі тіла в ергосфері обертаються разом з чорною дірою.
Згідно з механізмом Пенроуза, якщо частка ділиться в ергосфери на два осколка, один з них впаде за горизонт подій, а другий, навпаки, буде викинутий за межу статичності в область, де тіла вже не обертаються навколо чорної діри. При цьому енергія викинутого осколку буде більше, ніж енергія початкової частки. Це відбувається тому, що осколок, котрий впав в чорну діру, має негативну енергію. За рахунок його поглинання швидкість обертання діри знижується, а частина обертальної енергії передається полетівшій частці.
Процес Пенроуза вказує на можливість отримання енергії з чорної діри, але його не можна назвати хорошим практичним методом. Для його реалізації необхідно, щоб дві новонароджені частки володіли швидкістю, що перевищує половину швидкості світла. Очікувана частота таких подій настільки рідкісна, що не дозволить отримати значну кількість енергії.
Тому вчені активно шукають інші механізми. Наприклад, Стівен Хокінг показав, що чорні діри можуть вивільняти енергію за рахунок теплового випромінювання. Ще одним способом добування енергії є процес Бленфорда-Знаєка, заснований на електромагнітній взаємодії.
Лука Коміссо (Luca Comisso) з Колумбійського Університету та Феліпе Асенхо (Felipe A. Asenjo) з Університету Адольфо Ібаньєс описали в своїй статті ще одну з альтернатив процесу Пенроуза.
Чорні діри оточені гарячою плазмою, частинки якої мають магнітне поле. Основа нового механізму отримання енергії з обертових чорних дір – перез’єднання силових ліній магнітного поля всередині ергосфери. Чорна діра при цьому повинна знаходитися в зовнішньому магнітному полі, мати великий спін (a ~ 1) і навколишню її плазму з сильною намагниченістю. Потрібними властивостями володіють, наприклад, чорні діри, що утворилися в результаті довгих і коротких гамма-сплесків і надмасивні чорні діри в активних ядрах галактик.
Магнітне перез’єднання прискорює частина плазми в напрямку обертання діри. Інша частина прискорюється в зворотному напрямку і падає за горизонт подій. Виділення енергії, як і в механізмі Пенроуза, відбувається, якщо поглинається плазма має негативну енергію, а прискорена – «вислизає» з ергосфери. Відмінність полягає в тому, що для утворення частинок з негативною енергією потрібна диссипація енергії магнітного поля. В процесі, описаному Пенроузом, роль грає тільки інерція частинок.
Як говорять учені, ККД описаного процесу – 150 відсотків. Це означає, що процес дозволяє отримати в півтора рази більше енергії, ніж потрібно затратити на його реалізацію. Досягнення ККД більше 100 відсотків можливо, тому що вивільнені з ергосфери частки плазми забирають енергію чорної діри. Відкриття нового механізму вилучення енергії з чорних дір дозволить астрономам краще оцінити їх обертальний момент і зрозуміти, як вони випромінюють енергію. До практичного застосування відкриття ще далеко: необхідно з’ясувати, як долетіти до чорної діри і розмістити щось в її ергосфери і не потрапити за горизонт подій.
Джерело: N+1
ДЕЖАВЮ МЕДІА
