kozmos.hr
Astronomija

Uska granica između energije i opasnosti crnih rupa

Uska granica između energije i opasnosti crnih rupa
objavljeno

Crne rupe su moćni motori gravitacije. Možete stoga zamisliti da, ukoliko se ukaže prilika, postoji mogućnost izvlačenja energije iz njih, što je sasvim točno. Naravno, mogli bismo iskoristiti svu toplinsku i kinetičku energiju akrecijskog diska i mlazova crne rupe, ali čak i ako imate samo crnu rupu u praznom svemiru, još uvijek biste mogli izvući energiju pomoću trika poznatog kao Penroseov proces.

Prvi put predložen od strane Rogera Penrosea 1971. godine, ovaj proces omogućava izvlačenje rotacijske energije iz crne rupe. Temelji se na efektu poznatom kao vučenje okvira, pri čemu rotirajuće tijelo uvija okolni prostor na način da objekt koji pada prema tijelu biva lagano povučen duž putanje rotacije. Ovaj efekt uočen je u blizini Zemlje, iako je vrlo slab. U blizini rotirajuće crne rupe, efekt može biti ogroman, toliko snažan da unutar regije poznate kao ergosfera, objekti mogu biti povučeni oko crne rupe brzinama većim od svjetlosti u slobodnom prostoru.

U osnovi, Penroseov proces uključuje ulazak u ergosferu brzo rotirajuće crne rupe te zatim otpuštanje dijela mase ili zračenja u crnu rupu. Posljedični rotacijski udarac odvodi vas od crne rupe brže nego što ste joj se približili. Dodatna energija koju dobivate uspostavlja ravnotežu usporavanjem rotacije crne rupe. Teoretski, ovim procesom moguće je izvući do 20% energije mase crne rupe, što je iznimno značajno. Za usporedbu, spajanje vodika u helij oslobađa samo oko 1% energije mase.

Apstraktnija ideja crne rupe

Naravno, teoretski fizičari nikada nisu potpuno zadovoljni. Ako se može izvući 20% energije mase iz crne rupe, zašto ne izvući još više? To je fokus nedavnog istraživačkog rada objavljenog na otvorenom serveru arXiv, no valja istaknuti da se rad bavi nešto apstraktnijom idejom crne rupe nego što ih opažamo u svemiru.

Jednostavne crne rupe mogu se karakterizirati s tri aspekta: masom, rotacijom i električnim nabojem. Crne rupe koje promatramo imaju prve dvije karakteristike, no budući da je materija električno neutralna, ne posjeduju treću. Ovaj rad usredotočuje se na nabijene crne rupe. Svemir se također širi i može se približno opisati rješenjem Einsteinovih jednadžbi poznatim kao de Sitterov prostor, koji opisuje prazan svemir s pozitivnom kozmološkom konstantom.

Anti-de Sitterov prostor (AdS) bio bi svemir s negativnom kozmološkom konstantom. Iako AdS ne opisuje naš svemir, omogućuje nekoliko matematičkih trikova koje teoretičari često koriste, stoga se često koristi za istraživanje granica opće relativnosti. Ovaj rad konkretno istražuje nabijenu crnu rupu u anti-de Sitterovom prostoru.

 Znanstveni rad je u potpunosti hipotetički

Iako je ova studija u potpunosti hipotetička, intrigantna je kao “što bi bilo kad bi bilo” scenarij. Umjesto izvlačenja energije iz rotacije crne rupe, autori istražuju mogućnost izvlačenja energije kroz raspad čestica pomoću Bañados-Silk-West (BSW) efekta. Koristeći neku vrstu elektromagnetskih ili fizičkih zrcala za konfiniranje, čestice se mogu reflektirati naprijed-natrag blizu horizonta događaja, dobivajući energiju od crne rupe dok se ne raspadnu u obliku korisne energije.

Problem s ovom idejom, kako autori ističu, jest da to može dovesti do nekontroliranog efekta gdje energija čestica pojačava energiju čestica u povratnoj spregi, rezultirajući onim što se naziva bomba crne rupe. Stoga, ako se nađete u situaciji izgradnje elektrane u blizini nabijene crne rupe u anti-de Sitterovom svemiru, postupajte s oprezom.

No, još je zanimljivije da su autori također analizirali slučaj nabijene crne rupe u inače praznom anti-de Sitterovom svemiru. U tom bi slučaju energija također bila izvučena iz crne rupe. Umjesto korištenja zrcala, struktura samog svemira djelovala bi kao vrsta komore za zadržavanje. Dakle, nabijena crna rupa bi sama od sebe oslobađala energiju. To bi bilo slično Hawkingovom zračenju, ali u ovom slučaju to ne bi ovisilo o kvantnoj gravitaciji. Autori su također utvrdili da ovaj scenarij ne dovodi do stvaranja bombe crne rupe.

Kao što je ranije spomenuto, ništa od ovoga se ne odnosi na stvarne crne rupe u svemiru. Koliko nam je poznato, Penroseov proces je najbolje što bismo u stvarnosti mogli postići. No, studije poput ove su dragocjene zbog uvida koje pružaju o temeljnoj prirodi prostora i vremena. A sada znamo da čak i u neobičnom anti-svemiru, kojeg možemo samo zamišljati, crne rupe mogu postupno oslobađati energiju.

Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram –t.me/kozmoshr

Pratite Kozmos na Google Vijestima.

CroCube