Фізики описали ще один спосіб отримання енергії з чорних дір

Вчені описали новий спосіб вилучення енергії з чорних дір. Її можуть забирати частинки плазми, прискорені в результаті магнітного пересоєднання. 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 Гокінг, Роджер Бенфорд і Роман Знаек. Стаття опублікована в журналі.

Теорія відносності передбачає, що чорні діри, що обертаються, можна використовувати як джерела 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 частинка ділиться в ергосфері на два осколки, 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 осколка буде більшою, ніж енергія початкової частинки. Це відбувається тому, що осколок, що впав у чорну діру, має негативну енергію. За рахунок його поглинання швидкість обертання діри знижується, а частина обертальної енергії передається частці, що полетіла. 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 частинки мали швидкість, 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 Гокінг показав, що чорні діри можуть вивільняти енергію за рахунок теплового випромінювання. Ще одним способом вилучення енергії є процес Бенфорда-Знаека, заснований на електромагнітній взаємодії. Лука Комісо (Luca Comisso) з Колумбійського Університету і Феліпе Асенхо (Felipe A. Asenjo) з Університету Адольфо Ібаньєса описали у своїй статті ще одну з альтернатив процесу Пенроуза.Чорні діри оточені гарячою плазмою, частинки якої володіють магнітним полем. Основа нового механізму отримання енергії з чорних дір, що обертаються, - пересоєднання силових ліній магнітного поля всередині ергосфери. Чорна діра при цьому повинна перебувати в зовнішньому магнітному полі, мати великий спин (a ауд 1) і навколишню її плазму з сильною намагниченістю. Потрібними властивостями мають, наприклад, чорні діри, що утворилися в результаті довгих і коротких гамма-сплесків і надмасивні чорні діри в активних ядрах галактик. Магнітне пересоєднання прискорює частину 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 плазма, яка поглинається, має негативну енергію, а прискорена - «вислизає» з ергосфери. Відмінність полягає в тому, що для утворення частинок з негативною енергією потрібна дисипація енергії магнітного поля. У процесі, описаному Пенроузом, роль відіграє тільки інерція частинок.

Як кажуть вчені, ККД описаного процесу - 150 відсотків. Це означає, що процес дозволяє отримати в півтора рази більше енергії, ніж потрібно витратити на його реалізацію. Досягнення ККД більше 100 відсотків можливе, тому що вивільнені з ергосфери частинки плазми забирають енергію чорної дири.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 ергосфері, не догодивши за горизонт подій.

Ми вже писали про вплив магнітного пересоєднання на плазму, цей процес - причина спалахів на Сонці. Лука Комісо і Феліпе Асенхо вважають, що магнітне пересоєднання може бути також причиною спалахів рентгенівського випромінювання від чорних дір. Їх задетектували в 2019 році.