Гравітаційне тяжіння чорних дір настільки сильне, що ніщо не може вирватися з його рук. Тож чи зможемо ми колись використати гігантську силу чорних дір як джерело енергії? У новому дослідженні вчені пропонують два способи колись використовувати чорні діри як джерела енергії. Вони передбачили процеси вилучення енергії з чорних дір, використовуючи їхні обертальні та гравітаційні властивості.
«Ми знаємо, що ми можемо витягувати енергію з чорних дір, і ми також знаємо, що ми можемо вводити в них енергію, що майже нагадує батарею», — провідний автор Чжан Фен Май, докторант Інституту астрономії та астрофізики Кавлі в Про це повідомляє Live Science з Пекінського університету.
У першому гіпотетичному сценарії вчені «заряджали» чорну діру, вводячи в неї масивні електрично заряджені частинки. Ці заряди будуть продовжувати всмоктуватися, доки сама чорна діра не матиме електричне поле, яке почне відштовхувати будь-які додаткові заряди, які вони намагалися ввести, пояснили вчені в дослідженні, опублікованому 29 листопада в журналі Physical Review D.
Коли це електромагнітне відштовхування було б більшим, ніж сила тяжіння чорної діри, вчені вважали б її «повністю зарядженою». Відповідно до загальної теорії відносності Ейнштейна, яка говорить, що масу можна розглядати як еквівалент енергії, доступна енергія чорної діри буде походити від комбінації введених у неї електричних зарядів, а також маси цих електричних зарядів.
«Акумулятор чорної діри перетворює енергію маси частинки в енергію заряду», — сказав Мей.
Дослідники підрахували, що ефективність процесу перезарядки становить 25%, а це означає, що батареї чорних дірок можуть перетворити близько чверті введеної маси доступну енергію у вигляді електричного поля. За підрахунками команди, це зробить ефективність батареї приблизно в 250 разів вищою, ніж у атомної бомби.
Щоб отримати енергію, дослідники використовуватимуть процес, відомий як надвипромінювання, який базується на теорії про те, що простір-час буквально перетягується навколо обертання чорної діри, що обертається, через її інтенсивне гравітаційне поле.
Гравітаційні або електромагнітні хвилі, які потрапляють у цю область обертання, також будуть затягуватися, але якщо припустити, що вони ще не подолали горизонт подій чорної діри — межу, за яку ніщо, навіть світло, не може вирватися, — деякі хвилі можуть бути відхилені з більшою енергією. ніж вони спочатку несли, пишуть дослідники. Цей процес перетворить обертальну енергію чорної діри, яка визначається її масою, у хвилі, які відхиляються.
Інший метод використання енергії чорних дір передбачає виділення цієї енергії у формі так званих пар Швінгера, або парних частинок, які утворюються спонтанно в присутності електричного поля.
Якби ми почали з повністю зарядженої чорної діри, електричне поле біля горизонту подій могло б бути настільки сильним, що спонтанно створило б електрон і позитрон, який схожий на електрон, але з протилежним зарядом, пояснив Мей. Якби чорна діра була позитивно заряджена, позитрон вилетів би з чорної діри через відштовхування. Теоретично цю частинку, що втікає, можна зібрати як енергію.
Мей сказав, що він не знає, чи ми коли-небудь побачимо таку батарею, але на теоретичні вправи надихнули попередні спроби вчених теоретично видобути енергію з чорних дір.
«Ми розглядаємо чорну діру як місце, де квантова механіка та гравітація повинні якимось чином поєднуватися», — сказала Live Science Даніель Фаччіо, фізик з Університету Глазго, яка не брала участі в дослідженні. «Дивлячись на них з точки зору видобутку енергії, ми можемо зрозуміти трохи більше про те, що відбувається».