_ Este un linia fină dintre o fabrică de energie pentru găuri negre și o bombă pentru găuri negre

Găurile negre sunt motoare gravitaționale puternice. Așa că ți-ai putea imagina că trebuie să existe o modalitate de a extrage energie din ei dacă au ocazia și ai avea dreptate. Cu siguranță, am putea profita de toată căldura și energia cinetică a discului de acreție și a jeturilor unei găuri negre, dar chiar dacă tot ce ai avea era o gaură neagră în spațiul gol, ai putea totuși extrage energie dintr-un truc cunoscut sub numele de procesul Penrose.

Propus pentru prima dată de Roger Penrose în 1971, este o modalitate de a extrage energie de rotație dintr-o gaură neagră. Folosește un efect cunoscut sub denumirea de glisare a cadrului, în care un corp care se rotește răsucește spațiul din apropiere, astfel încât un obiect care cade spre corp este ușor târât de-a lungul căii de rotație. Am observat efectul lângă Pământ, deși este mic. În apropierea unei găuri negre rotative, efectul poate fi uriaș. Atât de puternic încât, într-o regiune cunoscută sub numele de ergosferă, obiectele pot fi târâte în jurul găurii negre la viteze mai mari decât luminii în spațiul liber.

Aproximativ, procesul Penrose este să zboare în ergosfera unui negru care se rotește rapid. gaură și apoi eliberează un pic de masă sau radiație în gaura neagră. Lovitura de rotație rezultată te îndepărtează de gaura neagră mai repede decât te-ai apropiat de ea. Energia suplimentară pe care o obțineți este echilibrată prin încetinirea rotației găurii negre. Acest proces poate extrage, teoretic, până la 20% din energia masei găurii negre, care este uriașă. În comparație, fuzionarea hidrogenului în heliu produce doar aproximativ 1% din energia masei.

Desigur, fizicienii teoreticieni nu sunt niciodată mulțumiți. Dacă poți extrage 20% din energia masei dintr-o gaură neagră, de ce nu mai mult? Acesta este punctul central al unei lucrări recente postate pe serverul de pretipărire arXiv, deși trebuie remarcat faptul că se concentrează pe o idee mai abstractă a unei găuri negre decât o vedem în univers.

Găurile negre simple pot se caracterizează prin trei lucruri: masă, rotație și sarcină electrică. Găurile negre pe care le observăm au ​​primele două, dar din moment ce materia este neutră din punct de vedere electric, nu a treia. Această lucrare se concentrează pe găurile negre încărcate. Universul este, de asemenea, în expansiune și poate fi descris aproximativ printr-o soluție a ecuațiilor lui Einstein cunoscută sub numele de spațiu de Sitter. Descrie un univers gol cu ​​o constantă cosmologică pozitivă.

Spațiul Anti-de Sitter (AdS) ar fi un univers cu o constantă cosmologică negativă. Deși AdS nu descrie universul, permite câteva trucuri matematice pe care teoreticienii le plac, așa că este adesea folosit pentru a explora limitele relativității generale. Această lucrare analizează în mod specific o gaură neagră încărcată în spațiul anti-de Sitter.

Deși acest studiu este în întregime ipotetic, este interesant ca scenariu „ce ar fi dacă”. În loc să extragă energie din rotația unei găuri negre, autorii analizează cum să extragă energie prin degradarea particulelor folosind efectul Bañados-Silk-West (BSW). Folosind un fel de oglinzi electromagnetice sau de izolare fizică, particulele pot fi reflectate înainte și înapoi în apropierea orizontului de evenimente, câștigând energie din gaura neagră până când se degradează ca energie utilizabilă.

Problema cu această idee, ca autorii arată că acest lucru poate duce la un efect de fugă în care energia particulelor amplifică energia particulelor într-un aspect de feedback, ducând la ceea ce este cunoscut sub numele de bombă cu găuri negre. Deci, dacă vă treziți să construiți o centrală electrică lângă o gaură neagră încărcată într-un univers anti-de Sitter, mergeți cu atenție.

Dar mai interesant este că autorii s-au uitat și la cazul unei găuri negre încărcate într-un univers anti-de Sitter altfel gol. În acest caz, energia ar fi extrasă și din gaura neagră. În loc de oglinzi, structura spațiu-timpului în sine ar acționa ca un fel de cameră de izolare. Deci, gaura neagră încărcată ar elibera energie singură. Ar fi similar cu radiația Hawking, dar în acest caz, nu se bazează pe gravitația cuantică. Autorii au mai descoperit că acest caz nu duce la o bombă a unei găuri negre.

Așa cum am menționat mai devreme, nimic din toate acestea nu se aplică găurilor negre reale din univers. Din câte știm, procesul Penrose este cel mai bun lucru pe care l-am putea face cu adevărat. Dar studii ca acesta sunt utile din cauza a ceea ce dezvăluie despre natura fundamentală a spațiului și timpului. Și acum știm că, chiar și într-un antiunivers ciudat pe care ni-l putem imagina, găurile negre pot elibera energie în timp.

(Fluierul)